一、前言

ROS通信是基于Node(节点)的，Node使用方便、易于扩展，可以满足ROS中大多数应用场景，但是也存在一些局限性，由于一个Node启动之后独占一根进程，不同Node之间数据交互其实是不同进程之间的数据交互，当传输类似于图片、点云的大容量数据时，会出现延时与阻塞的情况，比如：
现在需要编写一个相机驱动，在该驱动中有两个节点实现:其中节点A负责发布原始图像数据，节点B订阅原始图像数据并在图像上标注人脸。如果节点A与节点B仍按照之前实现，两个节点分别对应不同的进程，在两个进程之间传递容量可观图像数据，可能就会出现延时的情况，那么该如何优化呢？

ROS中给出的解决方案是:Nodelet，通过Nodelet可以将多个节点集成进一个进程。

二、概念

nodelet软件包旨在提供在同一进程中运行多个算法(节点)的方式，不同算法之间通过传递指向数据的指针来代替了数据本身的传输(类似于编程传值与传址的区别)，从而实现零成本的数据拷贝。

nodelet功能包的核心实现也是插件，是对插件的进一步封装:
不同算法被封装进插件类，可以像单独的节点一样运行；
在该功能包中提供插件类实现的基类:Nodelet；
并且提供了加载插件类的类加载器:NodeletLoader。

三、作用

应用于大容量数据传输的场景，提高节点间的数据交互效率，避免延时与阻塞。

四、使用演示

在ROS中内置了nodelet案例，先以该案例演示nodelet的基本使用语法。

4.1案例简介

以“ros- [ROS_DISTRO] -desktop-full”命令安装ROS时，nodelet默认被安装，如未安装，请调用如下命令自行安装:

sudo apt install ros-<<ROS_DISTRO>>-nodelet-tutorial-math

在该案例中，定义了一个Nodelet插件类:Plus，这个节点可以订阅一个数字，并将订阅到的数字与参数服务器中的 value 参数相加后再发布。

需求:再同一线程中启动两个Plus节点A与B，向A发布一个数字，然后经A处理后，再发布并作为B的输入，最后打印B的输出。

4.2nodelet 基本使用语法

nodelet load pkg/Type manager - Launch a nodelet of type pkg/Type on manager manager
nodelet standalone pkg/Type   - Launch a nodelet of type pkg/Type in a standalone node
nodelet unload name manager   - Unload a nodelet a nodelet by name from manager
nodelet manager               - Launch a nodelet manager node

4.3内置案例调用

1.启动roscore
2.启动manager

rosrun nodelet nodelet manager __name:=mymanager

注：__name:= 用于设置管理器名称。
3.添加nodelet节点
添加第一个节点:

rosrun nodelet nodelet load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager __name:=n1 _value:=100

添加第二个节点:

rosrun nodelet nodelet load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager __name:=n2 _value:=-50 /n2/in:=/n1/out

解释：

rosrun nodelet nodelet load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager __name:=n1 _value:=100

rosnode list 查看，nodelet 的节点名称是: /n1；
rostopic list 查看，订阅的话题是: /n1/in，发布的话题是: /n1/out；
rosparam list查看，参数名称是: /n1/value。
rosrun nodelet nodelet standalone nodelet_tutorial_math/Plus mymanager __name:=n2 _value:=-50 /n2/in:=/n1/out

第二个nodelet 与第一个同理；
第二个nodelet 订阅的话题由 /n2/in 重映射为 /n1/out。

优化：也可以将上述实现集成进launch文件:

<launch>
    <!-- 设置nodelet管理器 -->
    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="mymanager" args="manager" output="screen" />
    <!-- 启动节点1，名称为 n1, 参数 /n1/value 为100 -->
    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="n1" args="load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager" output="screen" >
        <param name="value" value="100" />
    </node>
    <!-- 启动节点2，名称为 n2, 参数 /n2/value 为-50 -->
    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="n2" args="load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager" output="screen" >
        <param name="value" value="-50" />
        <remap from="/n2/in" to="/n1/out" />
    </node>

</launch>

4.执行
向节点n1发布消息:

rostopic pub -r 10 /n1/in std_msgs/Float64 "data: 50.0"

打印节点n2发布的消息:

rostopic echo /n2/out

最终输出结果应该是:100。

五、nodelet实现

nodelet本质也是插件，实现流程与插件实现流程类似，并且更为简单，不需要自定义接口，也不需要使用类加载器加载插件类。

5.1需求

参考 nodelet 案例，编写 nodelet 插件类，可以订阅输入数据，设置参数，发布订阅数据与参数相加的结果。

5.2流程

1.准备；
2.创建插件类并注册插件;
3.构建插件库;
4.使插件可用于ROS工具链；
5.执行。

5.3准备

新建功能包，导入依赖: roscpp、nodelet；

5.4创建插件类并注册插件

#include "nodelet/nodelet.h"
#include "pluginlib/class_list_macros.h"
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/Float64.h"

namespace nodelet_demo_ns {
class MyPlus: public nodelet::Nodelet {
    public:
    MyPlus(){
        value = 0.0;
    }
    void onInit(){
        //获取 NodeHandle
        ros::NodeHandle& nh = getPrivateNodeHandle();
        //从参数服务器获取参数
        nh.getParam("value",value);
        //创建发布与订阅对象
        pub = nh.advertise<std_msgs::Float64>("out",100);
        sub = nh.subscribe<std_msgs::Float64>("in",100,&MyPlus::doCb,this);

    }
    //回调函数
    void doCb(const std_msgs::Float64::ConstPtr& p){
        double num = p->data;
        //数据处理
        double result = num + value;
        std_msgs::Float64 r;
        r.data = result;
        //发布
        pub.publish(r);
    }
    private:
    ros::Publisher pub;
    ros::Subscriber sub;
    double value;

};
}
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(nodelet_demo_ns::MyPlus,nodelet::Nodelet)

5.5构建插件库

CMakeLists.txt配置如下：

...
add_library(mynodeletlib
  src/myplus.cpp
)
...
target_link_libraries(mynodeletlib
  ${catkin_LIBRARIES}
)

编译后，会在 工作空间/devel/lib/先生成文件: libmynodeletlib.so。

5.6使插件可用于ROS工具链

5.6.1配置xml

新建 xml 文件，名称自定义(比如:my_plus.xml)，内容如下：

<library path="lib/libmynodeletlib">
    <class name="demo04_nodelet/MyPlus" type="nodelet_demo_ns::MyPlus" base_class_type="nodelet::Nodelet" >
        <description>hello</description>
    </class>
</library>

5.6.2导出插件

<export>
    <!-- Other tools can request additional information be placed here -->
    <nodelet plugin="${prefix}/my_plus.xml" />
</export>

5.7执行

可以通过launch文件执行nodelet，示例内容如下:

<launch>
    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="my" args="manager" output="screen" />
    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="p1" args="load demo04_nodelet/MyPlus my" output="screen">
        <param name="value" value="100" />
        <remap from="/p1/out" to="con" />
    </node>
    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="p2" args="load demo04_nodelet/MyPlus my" output="screen">
        <param name="value" value="-50" />
        <remap from="/p2/in" to="con" />
    </node>

</launch>

运行launch文件，可以参考上一节方式向 p1发布数据，并订阅p2输出的数据。

参考视屏：赵虚左ros入门