回调函数ros::spin()与ros::spinOnce()

ROS的主循环中需要不断调用ros::spin()或ros::spinOnce()，两者区别在于前者调用后不会再返回，而后者在调用后还可以继续执行之后的程序。

在使用ros::spin()的情况下，一般来说在初始化时已经设置好所有消息的回调，并且不需要其他背景程序运行。这样一来，每次消息到达时会执行用户的回调函数进行操作，相当于程序是消息事件驱动的；而在使用ros::spinOnce()的情况下，一般来说仅仅使用回调不足以完成任务，还需要其他辅助程序的执行：比如定时任务、数据处理、用户界面等。

关于消息接收回调机制在ROS官网上略有说明 (callbacks and spinning)。总体来说其原理是这样的：除了用户的主程序以外，ROS的socket连接控制进程会在后台接收订阅的消息，所有接收到的消息并不是立即处理，而是等到spin()或者spinOnce()执行时才集中处理。所以为了保证消息可以正常接收，需要尤其注意spinOnce()函数的使用 (对于spin()来说则不涉及太多的人为因素)。

I. 对于速度较快的消息，需要注意合理控制消息队列及spinOnce()的时间。例如，如果消息到达的频率是100Hz，而spinOnce()的执行频率是10Hz，那么就要至少保证消息队列中预留的大小大于10。

II. 如果对于用户自己的周期性任务，最好和spinOnce()并列调用。即使该任务是周期性的对于数据进行处理，例如对接收到的IMU数据进行Kalman滤波，也不建议直接放在回调函数中：因为存在通信接收的不确定性，不能保证该回调执行在时间上的稳定性。

// 示例代码
ros::Rate r(100);
 
while (ros::ok())
{
  libusb_handle_events_timeout(...); // Handle USB events
  ros::spinOnce();                   // Handle ROS events
  r.sleep();
}

III. 最后说明一下将ROS集成到其他程序架构时的情况。有些图形处理程序会将main()包裹起来，此时就需要找到一个合理的位置调用ros::spinOnce()。比如对于OpenGL来说，其中有一个方法就是采用设置定时器定时调用的方法：

// 示例代码
void timerCb(int value) {
  ros::spinOnce();
}
glutTimerFunc(10, timerCb, 0);
glutMainLoop(); // Never returns

消息到来并不会立即执行消息处理回调函数，而是在调用ros::spin()之后，才进行消息处理的轮转,消息回调函数统一处理订阅话题的消息。

roscpp不会在你的应用中明确一个线程模型：也就是说即使roscpp会在幕后使用多线程管理网络链接，调度等，但它不会将自己的线程暴露在你的应用中。

roscpp允许你的回调函数被任意多线程调用，如果你愿意。

最后的结果可能是你的回调函数将没有机会被调用，最常用的方法是使用ros::spin()调用。

注意：回调函数的排队和轮转，不会对内部的网路通信造成影响，它们仅仅会影响到用户的回调函数何时发生。它们会影响到订阅者队列。因为处理你回调函数的速度,你消息到来的速度，将会决定以前的消息会不会被丢弃。

1.单线程下的轮转

最简单的单线程spin的例子就是ros::spin()自己。

ros::init(argc, argv, "my_node"); //初始化节点
ros::NodeHandle nh;           //创建节点句柄
ros::Subscriber sub = nh.subscribe(...);  //创建消息订阅者
...
ros::spin();                 //调用spin(),统一处理消息

在这里，所有的用户回调函数将在spin()调用之后被调用.

ros::spin()不会返回，直到节点被关闭，或者调用ros::shutdown()，或者按下ctrl+C

另一个常用的模式是周期性地调用ros::spinOnce():

ros::Rate r(10); // 10 hz
while (should_continue)
{
  //... do some work, publish some messages, etc. ...
  ros::spinOnce();     //轮转一次,返回
  r.sleep();        //休眠
}

ros::spinOnce()将会在被调用的那一时间点调用所有等待的回调函数.

注意：ros::spin()和ros::spinOnce()函数对单线程应用很有意义,目前不会应用于多线程.

2.多线程轮转

上面是单线程下的消息回调函数轮转，那多线程下是什么样子?

roscpp库提供了一些内嵌的支持来从多线程中调用回调函数.

1) ros::MultiThreadedSpiner

它是一个阻塞型轮转器，类似于ros::spin().

可以使用它的构造器来设定线程的个数，如果不设置或设成0，它将为每个cpu核心使用一个线程。

ros::MultiThreadedSpinner spinner(4); // Use 4 threads
spinner.spin(); // spin() will not return until the node has been shutdown

2)ros::AsyncSpinner

API : http://docs.ros.org/api/roscpp/html/classros_1_1AsyncSpinner.html

更实用的多线程轮转是异步轮转器(AsyncSpiner)，相对于阻塞的spin()调用，它有自己的start()和stop()调用

并且在销毁后将自动停止。

对上述MultiThreadedSpiner等效的AsyncSpiner使用如下:

ros::AsyncSpinner spinner(4); // Use 4 threads
spinner.start();
ros::waitForShutdown();

3.CallbackQueue::callAvailable() and callOne()

CallbackQueue API 回调函数队列类:

http://docs.ros.org/api/roscpp/html/classros_1_1CallbackQueue.html

可以创建一个回调函数队列类:

#include 
...
ros::CallbackQueue my_queue;

回调函数队列类有两种触发其内部回调函数的方法：callAvailable()方法和callOne()方法.

前者将获取当前可以符合条件的回调函数，并且全部触发它们；后者将简单地触发队列中最早的那个回调函数.

这两个方法都接受一个可选的timeout超时时间，它们将在此时间之内等待一个回调函数变得符合条件。

如果这个值是0，那么，如果队列中没有回调函数,该方法立即返回.

4.高级主题:使用不同的回调函数队列

默认的是所有的消息回调函数都会被压入全局消息回调队列.

roscpp允许使用自定义的消息回调函数队列并分别服务。

这可以以两种粒度实现:

1)每个subsceribe(),advertise(),advertiseService(),等

这部分可以使用高级版的方法调用原型,使用一个选项结构体指针参数.

2)每个节点句柄

这是常见的方法,使用节点句柄的setCallbackQueue()方法:

ros::NodeHandle nh;
nh.setCallbackQueue(&my_callback_queue);

这使所有的消息订阅者，服务，定时器等的回调函数都进入my_callback_queue,而非roscpp的默认队列.

这意味着，ros::spin()和ros::spinOnce()将不会触发这些回调函数。

用户自己必须额外调用这些回调函数，可以使用的是回调函数队列类对象的callAvailable()方法和callOne()方法

应用:

将不同的回调函数分别压进不同的回调函数队列有下面几个优势:

1)长时服务:对一个服务的回调函数安排一个单独的队列,然后单独地使用一个线程来调用它,可以保证不会阻塞其它回调函数

2)计算消耗回调函数:与长时服务相似,为一个费计算时间的回调函数安排一个单独的回调队列处理,能够减轻应用的负担.

回调函数ros::spin()与ros::spinOnce()

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