ROS中訂閱（Subscribe）最新消息以及對消息隊列的淺談

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原文内容

1.問題與目标

機器人應用中難免會遇到運算起來很費時間的操作，比如圖像的特征提取、點雲的比對等等。有時候，不可避免地，我們需要在ROS的Subscriber的Callback回調函數中進行這些費時的操作。

Subscriber所訂閱的消息的釋出頻率可能是很高的，而這些操作的運算速度肯定達不到消息釋出的速度。是以，如果我們要是沒有取舍的對于每個消息都調用一次回調函數，那麼勢必會導緻計算越來越不實時，很有可能當下在處理的還是幾十秒以前的資料。是以，我們希望每次回調函數都處理目前時刻最新的一個消息，這就是我們的目标。

要達到這個目标有三點，第一點是要設定Publisher的queue_size等于1；第二點是要設定Subscriber的queue_size（消息隊列大小）等于1；第三點非常重要，要設定Subscriber的buff_size（緩沖區大小）足夠大，大于一個消息的大小。

像這樣：

# ROS Python
pcdpub = rospy.Publisher("lidardata", PointCloud, queue_size=1)
rospy.Subscriber("lidardata", PointCloud, self.pcd_resolve_callback,queue_size=1,buff_size=52428800)
           

2.解釋：

(1) Subscriber和Publisher的消息隊列起什麼作用，隊列的大小有什麼影響？

• 簡單描述一下，Publisher的消息隊列是為了緩存釋出節點釋出的消息，一旦隊列中消息的數量超過了queue_size，那麼最先進入隊列的（最老的）消息被舍棄。Subscriber的消息隊列是為了緩存節點接收到的資訊，一旦自己處理的速度過慢，接收到的消息數量超過了queue_size，那麼最先進入隊列的（最老的）消息會被舍棄。是以，我們想隻處理最新的消息，實際上隻需要把兩個queue_size都設定成1，那麼系統不會緩存資料，自然處理的就是最新的消息。

(2) Subscriber有消息隊列緩存消息了，為什麼Publisher還要有消息隊列？

• 在我看來，Publisher的消息隊列是一定要有的，因為ROS中釋出節點往外發送消息是基于Topic發送，而不是直接向Subscriber訂閱者發送，是以必須要有一個消息隊列來存放釋出的消息，以供訂閱者來擷取。而且這個消息隊列的好處是在網絡差、帶寬小、延時高的時候，保證資料不容易丢失。

(3) 既然Publisher有消息隊列了，為什麼Subscriber還要有消息隊列？

• 這個問題比較難一點。我的了解是，由于ROS畢竟是分布式系統，Publisher和Subscriber不一定在同一台主機上，是以消息需要通過網絡來交換。但是網絡的性能時好時壞，如果Subscriber沒有消息隊列，那麼每次運作Callback函數前都要先通過網絡取回消息，然後才能處理。當網絡很差時，就會讓系統堵塞。而有消息隊列的話，Subscriber就可以一邊處理隊列中的消息，一邊通過網絡緩存新的消息，而不用每次處理消息前都要臨時去讀一個回來。這樣就增加了系統的可靠性。

(4) 為什麼要設定緩沖區的大小？

• 這個緩沖區的大小是指消息隊列使用的緩沖區實體記憶體空間大小。如果這個空間小于一個消息所需要的空間，比如消息是一副圖檔或者一幀點雲，資料量超過了緩沖區的大小。這個時候為了保證通信不發生錯誤，就會觸發網絡通信的保護機制，TCP的Buffer會為你緩存消息。這種機制就會導緻每一幀消息都被完整的緩存下來，沒有消息被丢棄，感覺上就像queue_size被設定成了無窮大。

詳細說明請參考：

Ros subscriber not up to date

rospy subscriber queue_size acting strange when buff_size is too small

(5) 消息隊列的運作機制

這裡隻能說是我的了解了，因為沒有看過源代碼。

• 首先，釋出節點把消息釋出，消息進入Publisher的消息隊列，同時通知訂閱了該話題消息的Subscriber來取消息。
• 其次，Subscriber來Publisher的消息隊列裡取消息，但取走的也是最老的消息，因為畢竟這是先入先出的隊列。這也是為什麼Publisher的消息隊列的大小也要設定為1。
• 最後，被取走的消息存放入了Subscriber的消息隊列中，等待被Callback執行。如果Callback執行很慢，消息越堆越多，最老的消息會逐漸被頂替。
• 當然，這裡究竟是Subscriber來取消息，還是Publisher直接把消息推給Subscriber，我隻是猜測，反正這裡交換的消息肯定不是最新的消息，而是隊列裡最老的消息。

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