Callbacks and Spinning

关于spin一词: spin在英语中是”纺纱,吐司,旋转,延伸”等意思，在这里决定将它翻成”轮转”的意思.消息会被压入消息队列,而消息回调函数也回被压入队列,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.

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)。

单线程下的spin

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。

ros::spin()和ros::spinOnce()的使用

我们知道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。这样以来，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。

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。
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();
}

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

所以要想对一个系统架构游刃有余，必须了解底层API的基本运作形式，否则整个程序漏洞百出，自然不能按照预期执行。

Reference:
1. ROS.org: Callbacks and Spining
2. https://answers.ros.org/question/11887/significance-of-rosspinonce/
3. 云飞机器人实验室

单线程下的spin

ros::spin()和ros::spinOnce()的使用

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