目錄
一、為什么需要nodelet
如果有多個(gè)進(jìn)程需要使用包含大量數(shù)據(jù)（如圖像或點(diǎn)云）的消息，則將消息打包、發(fā)送，然后解包可能需要一些時(shí)間。
Nodelets 旨在提供一種在單個(gè)機(jī)器上、單個(gè)進(jìn)程中運(yùn)行多個(gè)算法的方法，而不會(huì)在進(jìn)程內(nèi)傳遞消息時(shí)產(chǎn)生復(fù)制成本。roscpp中通過優(yōu)化可以在同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)的發(fā)布和訂閱調(diào)用之間進(jìn)行零復(fù)制指針傳遞，可以直接傳遞指針，降低了拷貝內(nèi)存的操作和降低網(wǎng)絡(luò)流量。
如果兩個(gè)進(jìn)程在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，則只發(fā)送指向該數(shù)據(jù)（如圖像或點(diǎn)云）的指針比通過 TCP 發(fā)送數(shù)據(jù)本身更快，Nodelet僅適用于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的不同進(jìn)程，因?yàn)橐慌_(tái)計(jì)算機(jī)的指針對(duì)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)沒有意義。
nodelets 不會(huì)使進(jìn)程更快，但它是一種從一個(gè)進(jìn)程到另一個(gè)進(jìn)程獲取信息的更快方法。一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法則是始終使用node（因?yàn)樗鼈兏子谑褂们腋`活），除非遇到消息傳遞對(duì)于應(yīng)用程序來說太慢并導(dǎo)致問題的情況，那么才會(huì)考慮使用 nodelet。
二、nodelet如何實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)通信
2.1 nodelet共享指針
ROS中不同節(jié)點(diǎn)以基于socket的發(fā)布/訂閱模式(Publish/Subscribe)進(jìn)行通訊時(shí)，存在消息數(shù)據(jù)的復(fù)制，從而增大了通信延遲。
Nodelet采用共享指針(shared_ptr)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)共享。在Nodelet中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以將某個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)打包成一個(gè)共享指針，然后將這個(gè)共享指針傳遞給另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過共享指針來訪問和修改這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制。這樣，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在同一份數(shù)據(jù)上進(jìn)行操作，從而避免了數(shù)據(jù)復(fù)制帶來的性能損失。
2.2 nodelet的消息類型
如果希望no-copy pub/sub工作，必須將ROS消息類型發(fā)布為shared_ptr共享指針類型，當(dāng)消息被發(fā)布為shared_ptr，roscpp可以跳過序列化/反序列化步驟（可能節(jié)省大量的處理和延遲）。
示例：
ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("topic_name", 5);
std_msgs::StringPtr str(new std_msgs::String);
str->data = "hello world";
pub.publish(str);
其中str變量類型為std_msgs::StringPtr，但是publisher的模板類仍為std_msgs::String類型，在ROS中，發(fā)布話題的類型通常不是指針類型。
當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè) std_msgs::StringPtr 類型的消息并發(fā)布它時(shí)，pub.publish()函數(shù)會(huì)自動(dòng)地處理指針，將其解引用并獲取實(shí)際的消息內(nèi)容。
publish函數(shù)能夠自動(dòng)處理指針，主要是因?yàn)樗且粋€(gè)模板函數(shù)，可以根據(jù)提供的參數(shù)類型自動(dòng)地推導(dǎo)消息類型。在處理指針類型的消息時(shí)，publish函數(shù)會(huì)自動(dòng)解引用指針并獲取實(shí)際的消息內(nèi)容。
查看ROS的publish.h文件可以看到Publisher類有一個(gè)重載的publish函數(shù)，專門用于處理智能指針類型的消息，如下面代碼的第一個(gè)函數(shù)。這個(gè)重載的publish函數(shù)會(huì)自動(dòng)解引用智能指針，從而獲取實(shí)際的消息內(nèi)容。
template <typename M>
void publish(const boost::shared_ptr<M>& message) const
{// 其他代碼...
// 自動(dòng)解引用指針并調(diào)用publish函數(shù)
publish(boost::bind(serializeMessage<M>, boost::ref(*message)), m);
}
template<typename M>
void Publisher::publish(const M& message) {
// 其他代碼...
publish(boost::bind(serializeMessage<M>, boost::ref(message)), m);
}
這意味著它可以接受實(shí)際的消息類型，也可以接受指向消息類型的智能指針。當(dāng)我們傳遞一個(gè)智能指針（如 boost::shared_ptr）時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)推導(dǎo)參數(shù)類型為智能指針類型，然后調(diào)用實(shí)現(xiàn)的 publish 函數(shù)。
注意，當(dāng)用這種方式發(fā)布，不可以修改發(fā)送后的消息，因?yàn)橹羔槙?huì)直接傳遞到用戶的任何進(jìn)程內(nèi)。
三、nodelet如何管理多個(gè)節(jié)點(diǎn)
3.1 ROS插件機(jī)制
ROS通過提供插件(pluginlib)的形式實(shí)現(xiàn)算法(算法類)，作為插件動(dòng)態(tài)加載以打破構(gòu)建時(shí)間依賴性。而Nodelet通過動(dòng)態(tài)加載這些插件，將算法類動(dòng)態(tài)加載到同一個(gè)節(jié)點(diǎn)中，同時(shí)為這些類提供獨(dú)立的名稱空間，這樣盡管不同的類在同一個(gè)進(jìn)程中運(yùn)行，但從外部看，nodelet就像一個(gè)單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)一樣。
3.2 nodelet中各個(gè)節(jié)點(diǎn)關(guān)系
下圖中/my_ros_node為相機(jī)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)，而/standalone_nodelet為nodelet的管理節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通過共享指針/standalone_nodelet/bond進(jìn)行通信，可以看到節(jié)點(diǎn)與該話題存在雙向箭頭連接，即代表是nodelet共享指針通信！
而/standalone_nodelet是管理節(jié)點(diǎn)名稱，作為nodelet整體，對(duì)外通過topic與其它普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，如下圖中的其它節(jié)點(diǎn)通過訂閱/my_ros_node/image_raw/image_topic話題，可以接收到/my_ros_node節(jié)點(diǎn)發(fā)出的話題，但是rqt_graph命令中，仍然是從/standalone_nodelet節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)訂閱！
