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ros通信机制学习——latched持久化机制

news 来源：原创 2025/4/20 22:35:42

点云的地图的发送逻辑中，我发现每次使用rostopic echo 时只会打印一次，然后就不会再打印了。并且rviz中也是始终都会显示的，这里面其实就是用到了latched持久话机制，可以接受这最后一次发布的消息。
我们通过一个具体的项目来学习和认识这个过程

latched话题：

你创建的发布者使用了 latching（持久化）机制 (advertise<sensor_msgs::PointCloud2>(map_topic, 10, true) 中的 true 参数）。Latching 意味着最后一次发布的信息会被保存下来，新的订阅者连接时会立即接收到这条消息。因此，每当一个新的订阅者（如 rostopic echo）连接到这个话题时，它都会立即接收到那条被 latched 的消息。
源码信息:
头文件

#ifndef _MAP_LOADER_HPP_
#define _MAP_LOADER_HPP_

#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/filters/voxel_grid.h>
#include <pcl_conversions/pcl_conversions.h>
#include <ros/ros.h>
#include <sensor_msgs/Imu.h>
#include <sensor_msgs/PointCloud2.h>
#include <vector>
#include <pcl_ros/transforms.h>

using namespace std;

class MapLoader {
public:
    ros::Publisher pc_map_pub_;
    vector<string> file_list_;

    MapLoader(ros::NodeHandle &nh);

private:
    sensor_msgs::PointCloud2 CreatePcd();
};

#endif

map_load.cpp

#include <map_load/map_load.h>

using namespace std;

MapLoader::MapLoader(ros::NodeHandle &nh){
    std::string pcd_file, map_topic;
    nh.param<string>("pcd_path", pcd_file_path, "");
    nh.param<string>("map_topic", map_topic, "point_map");

    pc_map_pub = nh.advertise<sensor_msgs::PointCloud2>(map_topic, 10, true);
	//latched话题：创建的发布者使用了 latching（持久化）机制 
    // (advertise<sensor_msgs::PointCloud2>(map_topic, 10, true) 中的 true 参数）
    // Latching 意味着最后一次发布的信息会被保存下来，新的订阅者连接时会立即接收到这条消息。
    // 每当一个新的订阅者（如 rostopic echo）连接到这个话题时，它都会立即接收到那条被 latched 的消息

    file_list_.push_back(pcd_file_path);

    auto pc_msg = CreatePcd();
    cout << "pc_msg.width" << "\n" << pc_msg.width << endl;

    if (pc_msg.width != 0) {
        pc_msg.header.frame_id = "map";
        pc_map_pub_.publish(pc_msg);
    }

}

sensor_msgs::PointCloud2 MapLoader::CreatePcd() {
    sensor_msgs::PointCloud2 pc_msg;
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> pcd, part;
    int pcd_width = 0;
    for (const string& path : file_list_) {
        if (pcd_width == 0) {
            if (pcl::io::loadPCDFile(path.c_str(), pcd) == -1) {
                cerr << "load failed " << path << endl;
            }
        }
        else {
            if (pcl::io::loadPCDFile(path.c_str(), part) == -1) {
                cerr << "load failed " << path << endl;
            }
            pcd.width += part.width;
            pcd.row_step += part.row_step;
            pcd.data.insert(pcd.data.end(), part.data.begin(), part.data.end());
        }
        cerr << " load " << path << endl;
        if (!ros::ok()) break;
    }

    return pcd;
}

int main(int argc, char** argv) {
    ros::init(argc, argv, "map_loader");
    ROS_INFO("\033[32m ---> \033[0m Map Loader Started.");
    ros::NodeHandle nh;

    ros::spin();
    return 0;
}

然后我们看launch文件中的传参

<launch>
    
    <!--- Sim Time -->
    <param name="/use_sim_time" value="false" />

    <!--- Run Rviz-->
    <!-- <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find map_load)/rviz/map_show.rviz" /> -->

    <!--- MapLoader -->    
    <arg name="pcd_path"  default="$(find map_load)/map/map_Statistical_filter.pcd"/>
    <arg name="map_topic" default="point_map"/>

    <node pkg="map_load" type="mapload"    name="mapLoader"    output="screen">
        <param name="pcd_path" value="$(arg pcd_path)"/>
        <param name="map_topic" value="$(arg map_topic)"/>
    </node>

</launch>

主要就是两个参数,一个是pcd的路径,一个是map发布的话题运行后:
在这里插入图片描述
此时可以查看一下话题的发布情况,可以看到

rostopic list
rostopic hz /mapLoader/point_map

在这里插入图片描述
所以就是没有数据在这里发布,也就不会占用带宽.我们卻是可以打印出来的:

rviz中也是可以显示出对应的点云地图的,这个方式非常适合那些不会变化的数据的内容.
我们从原理上深入分析一下:

ROS Publisher Latch 机制详解

1. 核心含义

功能定义：
latch=true 启用持久化消息机制，发布者会缓存最后一次发送的消息。
核心作用：
新订阅者连接到话题时，立即收到缓存的最后一条消息，无需等待下一次发布。

2. 底层机制

机制	说明
消息存储	ROS内部维护一个长度为1的队列，仅保留最新消息
触发条件	新订阅者通过 `ros::Subscriber` 连接时触发
生命周期	缓存消息保留至新消息发布或节点关闭

3. 适用场景

场景1：静态数据发布（如地图）

// 只需加载一次，新节点需立即获取
pc_map_pub_ = nh.advertise<sensor_msgs::PointCloud2>("map", 10, true);

场景2：低频更新数据（如初始位姿）

// 新的GUI模块启动后需立刻显示当前位置
pose_pub_ = nh.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>("initial_pose", 1, true);

场景3：服务类数据（如全局路径）

// 控制模块可能稍后启动，需确保其能获取路径
path_pub_ = nh.advertise<nav_msgs::Path>("global_plan", 1, true);

4. 禁用 Latch 的对比

// 默认行为：latch=false
pc_map_pub_ = nh.advertise<sensor_msgs::PointCloud2>("map", 10);

新订阅者体验立即收到最后消息必须等待下次 publish() 调用
数据连续性适合单次发布场景需要持续发布维持数据流

5. 实际效果验证

# 终端1：发布地图（仅一次）
rosrun map_loader map_loader _pcd_path:=/home/user/map.pcd

# 终端2：查看话题
rostopic echo /map  # 立即显示数据

# 禁用 Latch 时的表现
rostopic echo /map  # 无输出，直到再次调用 publish()

6注意事项

List item

内存管理

大消息（如10万+点云）会持续占用内存，需评估消息大小

ROS 2 对应机制
通过QoS策略实现：

// ROS 2 等效实现
auto qos = rclcpp::QoS(10).durability(RMW_QOS_POLICY_DURABILITY_TRANSIENT_LOCAL);
pc_map_pub_ = node->create_publisher<sensor_msgs::msg::PointCloud2>("map", qos);

最佳实践指南

ROS Publisher Latch 参数对比表

对比维度	`latch=true` (持久化)	`latch=false` (非持久化，默认)
新订阅者连接行为	立即收到最后一次发布的消息	必须等待下一次 `publish()` 调用
消息存储机制	ROS内部维护长度为1的队列，保留最新消息	不存储任何历史消息
适用数据类型	静态数据（地图/参数）、低频更新数据（路径/位姿）	高频动态数据（激光/图像/IMU）
内存占用	存储完整消息副本（需注意大消息内存消耗）	无额外占用
典型场景	初始化配置、服务类结果、需即时同步的全局数据	实时数据流、连续状态更新
调试验证方法	`rostopic info /topic` 显示 `LATCH: true`	`rostopic echo /topic` 只在发布后显示新数据
队列机制	固定队列长度=1（强制保留最新消息）	队列长度由 `advertise()` 的第二个参数定义
ROS 2 等效实现	`DurabilityPolicy::TRANSIENT_LOCAL`	`DurabilityPolicy::VOLATILE`
典型代码示例	`pub = nh.advertise<MapMsg>("map", 10, true);`	`pub = nh.advertise<LaserScan>("scan", 10);`
数据更新影响	新消息会覆盖缓存，后续订阅者收到最新版本	旧订阅者按队列长度接收历史消息，新订阅者只收新消息