[转] ROS-I simple_message 源码分析：MessageManager

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1. MessageManager 工作原理

MessageManager通过它的通信连接接收simple message。而后基于收到的message类型调用相应的回调函数，回调函数则执行相应的操作，以及根据需要作出消息应答。

MessageManager有两种工作模式: spin()和spinOnce()。

spin的执行是阻塞式的，而spinOnce是执行一次单独的操作。 因此，在spinOnce模式下，程序可以同时干其它事情，但是要确保执行spinOnce的频率足够高，这样不至于丢失通信数据。

2. MessageManager 源码分析

namespace industrial
{
namespace message_manager
{

class MessageManager
{

public:

  MessageManager();
  ~MessageManager();

  bool init(industrial::smpl_msg_connection::SmplMsgConnection* connection);
  bool init(industrial::smpl_msg_connection::SmplMsgConnection* connection,
            industrial::comms_fault_handler::CommsFaultHandler* fault_handler);

  void spinOnce();
  void spin();

  bool add(industrial::message_handler::MessageHandler* handler, bool allow_replace = false);

  unsigned int getNumHandlers()
  {
    return this->num_handlers_;
  }

  unsigned int getMaxNumHandlers()
  {
    return this->MAX_NUM_HANDLERS;
  }

  industrial::comms_fault_handler::CommsFaultHandler* getCommsFaultHandler()
  {
    return this->comms_hndlr_;
  }

  void setCommsFaultHandler(industrial::comms_fault_handler::CommsFaultHandler* handler)
  {
    this->comms_hndlr_ = handler;
  }


private:

  static const unsigned int MAX_NUM_HANDLERS = 64;
  industrial::message_handler::MessageHandler* handlers_[MAX_NUM_HANDLERS];
  industrial::smpl_msg_connection::SmplMsgConnection* connection_;
  industrial::ping_handler::PingHandler ping_hndlr_;
  industrial::simple_comms_fault_handler::SimpleCommsFaultHandler def_comms_hndlr_;
  industrial::comms_fault_handler::CommsFaultHandler* comms_hndlr_;
  unsigned int num_handlers_;

  industrial::message_handler::MessageHandler* getHandler(int msg_type);
  int getHandlerIdx(int msg_type);

  industrial::simple_comms_fault_handler::SimpleCommsFaultHandler& getDefaultCommsFaultHandler()
  {
    return this->def_comms_hndlr_;
  }

  industrial::ping_handler::PingHandler& getPingHandler()
  {
    return this->ping_hndlr_;
  }
  ;

  void setConnection(industrial::smpl_msg_connection::SmplMsgConnection* connection)
  {
    this->connection_ = connection;
  }
  ;

  industrial::smpl_msg_connection::SmplMsgConnection* getConnection()
  {
    return this->connection_;
  }
  ;

  void setNumHandlers(unsigned int num_handlers)
  {
    this->num_handlers_ = num_handlers;
  }
  ;

};

} // namespace industrial
} // namespace message_manager

先来看一下它的私有成员：

在使用MessageManager时，外部需要先初始化好connection，然后传入init以初始化MessageManager使用的连接和错误处理器，此外还将初始化ping_hndlr_对象，并调用add将ping_hndlr_存放到handlers_数组中，保存的目的就在于当遇到ping message时，MessageManager就会调用PingHandler来处理该消息。

参考关于ros消息发布器和订阅器的教程, 消息发布器在一个while循环内一直循环发送“hello world”到话题（topic）chatter上。消息订阅器一旦知道chatter上面有data，就会将这data作为参数传入callback函数中，但是此时还没有执行callback函数，而是把callback函数放到了一个回调函数队列中。所以当发布器不断发送data到chatter上面时，就会有相应的callback函数进入队列中，它们函数名一样，只是实参不一样。

3. spinOnce()源码分析

下面分析spinOnce代码：

void MessageManager::spinOnce()
{
  SimpleMessage msg;
  MessageHandler* handler = NULL;

  if(!this->getConnection()->isConnected())
  {
    this->getCommsFaultHandler()->connectionFailCB();
  }

  if (this->getConnection()->receiveMsg(msg))
  {
    LOG_COMM("Message received");
    handler = this->getHandler(msg.getMessageType());

    if (NULL != handler)
    {
      LOG_DEBUG("Executing handler callback for message type: %d", handler->getMsgType());
      handler->callback(msg);
    }
    else
    {
      if (CommTypes::SERVICE_REQUEST == msg.getCommType())
      {
        simple_message::SimpleMessage fail;
        fail.init(msg.getMessageType(), CommTypes::SERVICE_REPLY, ReplyTypes::FAILURE);
        this->getConnection()->sendMsg(fail);
        LOG_WARN("Unhandled message type encounters, sending failure reply");
      }
      LOG_ERROR("Message callback for message type: %d, not executed", msg.getMessageType());
    }
  }
  else
  {
    LOG_ERROR("Failed to receive incoming message");
    this->getCommsFaultHandler()->sendFailCB();
  }
}

• 进入spinOnce后，首先会检查是否处于连接状态，如果连接断开则触发通信错误处理器的连接失败回调函数connectionFailCB。
• 接着将尝试接收一条SimpleMessage消息，如果接收到消息，则根据消息类型寻找能处理该消息的处理器handler，找到后则触发处理的回调函数callback对接收到的消息进行处理。
• 当spinOnce函数被调用时，spinOnce就会调用回调函数队列中第一个callback函数，此时callback函数才被执行，然后等到下次spinOnce函数又被调用时，回调函数队列中第二个callback函数就会被调用，以此类推。
• 所以，这会有一个问题。因为回调函数队列的长度是有限的，如果发布器发送数据的速度太快，spinOnce函数调用的频率太少，就会导致队列溢出，一些callback函数就会被挤掉，导致没被执行到。

4. spin()源码分析

对于spin方法，它是基于spinOnce实现的，进入该方法后，程序将进入内部的死循环，持续调用spinOnce：

void MessageManager::spin()
{
  LOG_INFO("Entering message manager spin loop");
#ifdef ROS
  while (ros::ok())
#else
  while (true)
#endif
  {
    this->spinOnce();

    // Throttle loop speed if waiting for a re-connection
    if (!this->getConnection()->isConnected())
      mySleep(5);
  }
}

参考roswiki: Writing a Simple Publisher and Subscriber (C++),摘抄了一段关于spin()以及spinOnce()的描述:

ros::spin() enters a loop, calling message callbacks as fast as possible. Don’t worry though, if there’s nothing for it to do it won’t use much CPU.
ros::spin() will exit once ros::ok() returns false, which means ros::shutdown() has been called, either by the default Ctrl-C handler, the master telling us to shutdown, or it being called manually.

简述下来就是，当无事可做时，ros::spin()只占据CPU很少的资源。只要回调函数队列里面有callback函数在，它就会马上去执行callback函数。如果没有的话，它就会阻塞，不会占用CPU。
当ros::ok()返回false时，ros::spin()结束并退出，这就意味着ros::shutdown()被调用，或者用户在终端执行了ctrl + c命令，master节点告诉我们要shutdown。

MessageManager就分析到这里，后面再举例分析在更上层的代码中是如何使用它的。

注: 可以参考以下网站，对比学习

1. industrial::message_manager::MessageManager
2. docs.ros.org - simple_message