ROS2 基于 DDS 数据分发服务，设计了四种适配不同业务场景的通信模型，分别是：话题（Topic）、服务（Service）、动作（Action）、参数（Parameter），覆盖单向数据流、同步请求、异步长任务、全局配置四大场景。
一、话题 Topic（发布-订阅 Publish-Subscribe）
1. 核心模型
异步单向数据流，一对多、多对多，发布者持续发数据，订阅者被动接收，无应答、无返回值。
2. 通信流程
- Publisher 注册话题，持续周期性/事件性发布消息；
- Subscriber 订阅同名话题，自动接收所有发布数据；
- DDS 底层负责数据分发，发布者不感知订阅者存在。
3. 数据载体
自定义消息 .msg 文件（纯数据，无请求/响应区分），如 std_msgs/String、sensor_msgs/Image。
4. 适用场景
高频、连续流式数据传输：相机图像、激光雷达、里程计、IMU、电机状态等实时传感器数据流。
5. 优缺点
- 优点：解耦强、支持多节点收发、实时性高、适合持续数据流；
- 缺点：无法获取执行结果、不能同步阻塞等待、无确认机制。
二、服务 Service（请求-应答 Request-Response）
1. 核心模型
同步点对点通信，一问一答，严格一对一，客户端发请求，服务端处理后立即返回响应，调用过程阻塞。
2. 通信流程
- Server 启动并注册服务名称；
- Client 发起同步请求，线程阻塞等待返回；
- Server 收到请求计算处理，返回响应数据；
- Client 收到结果后解除阻塞，继续执行。
3. 数据载体
服务文件 .srv，分为上下两段：请求数据 --- 响应数据。
4. 适用场景
短耗时、一次性查询/控制指令：获取机器人坐标、开关设备、读取传感器单次数值、简单启停指令。
5. 优缺点
- 优点：有返回结果、同步调用逻辑直观、适合瞬时交互；
- 缺点：阻塞线程，不适合长时间任务，执行超时会报错。
三、动作 Action（目标-反馈-结果 Goal-Feedback-Result）
1. 核心模型
异步长任务通信，融合服务+话题，三层交互：目标、实时反馈、最终结果，可中途取消任务。
2. 通信底层（内部封装三套通信）
- 服务通道：发送目标、取消任务、查询状态（同步）；
- 话题通道：持续推送过程反馈（异步流式）；
- 服务返回：任务完成后返回最终执行结果。
3. 通信流程
- ActionClient 发送运动目标给 ActionServer；
- Server 开始执行任务，持续通过话题推送实时进度反馈；
- Client 可随时发送取消指令中断任务；
- 任务结束/中断后，Server 返回最终执行结果。
4. 数据载体
动作文件 .action，三段结构：目标 --- 反馈 --- 结果。
5. 适用场景
耗时较长、需要进度监控、支持中断的任务：机器人导航、机械臂运动、路径规划、自主巡逻。
6. 优缺点
- 优点：异步不阻塞、实时进度反馈、支持任务取消，专门适配长时任务；
- 缺点：内部封装复杂，资源开销高于普通服务。
四、参数 Parameter（节点全局动态配置）
1. 核心模型
节点本地存储+全局共享键值对通信，用于读写配置参数，属于配置管理通信。
2. 通信逻辑
ROS2 每个节点自带参数服务，其他节点可通过内置服务读写、修改、监听参数：
- 节点启动时声明参数（int/float/string/bool/数组）；
- 外部节点通过
rclcpp参数客户端读取/修改参数； - 支持参数变更回调，参数更新自动通知节点。
3. 数据载体
基础基础数据类型，无需自定义消息，支持 yaml 文件批量加载参数。
4. 适用场景
机器人动态参数配置：PID 系数、相机曝光、运动速度阈值、地图路径、开关功能模块。
5. 优缺点
- 优点：无需自定义消息、热更新无需重启节点、集中管理配置；
- 缺点：仅适合少量配置数据，不适合大规模数据流传输。
四大通信机制对比速查表
| 通信机制 | 交互模式 | 阻塞性 | 核心特点 | 典型文件 | 典型场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| Topic 话题 | 发布订阅、多对多 | 异步非阻塞 | 持续流式数据、无返回 | .msg |
传感器、实时状态 |
| Service 服务 | 请求应答、一对一 | 同步阻塞 | 单次调用、即时返回结果 | .srv |
短时查询、简单控制 |
| Action 动作 | 目标+反馈+结果 | 异步可取消 | 长任务、实时进度、可中断 | .action |
导航、机械臂运动 |
| Parameter 参数 | 键值读写、全局共享 | 同步读写 | 动态配置、热更新 | yaml 配置文件 | PID、硬件参数调节 |
选型核心口诀
- 持续数据流 → 话题 Topic
- 短时查询、要返回 → 服务 Service
- 长时间运动、要进度、可取消 → 动作 Action
- 调节配置、参数热更新 → 参数 Parameter