JEP 382: New macOS Rendering Pipeline | 新的 macOS 渲染管道
摘要
为 macOS 实现一个基于 Apple Metal API 的 Java 2D 内部渲染管道，以替代当前使用已弃用的 Apple OpenGL API 的管道。
目标
为 Java 2D API 提供一个使用 macOS Metal 框架的完全功能性的渲染管道。
为苹果在未来版本的 macOS 中移除已弃用的 OpenGL API 做好准备。
确保新管道对 Java 应用程序的透明性。
确保实现的功能与现有 OpenGL 管道保持一致。
在选定的实际应用程序和基准测试中，提供与 OpenGL 管道相同或更好的性能。
创建一个符合现有 Java 2D 管道模型的清晰架构。
与 OpenGL 管道共存，直到其过时。
非目标
非目标不是移除或禁用现有的 OpenGL 管道。
非目标不是添加任何新的 Java 或 JDK API。这完全是内部实现。
动机
在 macOS 上引入新的基于 Metal 的渲染管道主要有两大动因：
苹果在 2018 年 9 月的 macOS 10.14 中弃用了 OpenGL 渲染库。macOS 上的 Java 2D 完全依赖于 OpenGL 作为其内部渲染管道，因此需要实现新的管道。
苹果声称其替代 OpenGL 的 Metal 框架 具有更优的性能。对于 Java 2D API 而言，这通常是正确的，但也存在一些例外。
描述
大多数图形 Java 应用程序都使用 Swing UI 工具包编写，该工具包通过 Java 2D API 进行渲染。在内部，Java 2D 可以使用软件渲染加上屏幕上的位块传输（blit），或者可以使用特定于平台的 API，如 Linux 上的 X11/Xrender、Windows 上的 Direct3D 或 macOS 上的 OpenGL。这些特定于平台的 API 通常比软件渲染提供更好的性能，并且通常能够减轻 CPU 的负担。Metal 是 macOS 上用于此类渲染的新平台 API，取代了已弃用的 OpenGL API。（请注意，此名称与 Swing 的“Metal”外观和感觉无关，这只是一个巧合。）
我们创建了大量的新内部实现代码来使用 Metal 框架，正如我们之前为其他特定于平台的 API 所做的那样。新代码虽然很容易融入现有框架，但在图形硬件的使用上更加现代化，它使用了着色器而不是固定功能管道。这些更改仅限于 macOS 特定的代码，并且在 Metal 和 OpenGL 之间共享的代码量也极少。我们没有引入任何新的 Java API，也没有更改任何现有 API。
Metal 管道可以与 OpenGL 管道共存。当图形应用程序启动时，会选择其中一个。目前，OpenGL 仍然是默认选项。只有在启动时指定使用 Metal，或者在未来的 macOS 版本中 OpenGL 初始化失败（如不支持 OpenGL 的版本）时，才会使用 Metal。
在整合此 JEP 时，苹果尚未移除 OpenGL。在此之前，应用程序可以通过在 java 命令行上指定 -Dsun.java2d.metal=true 来选择使用 Metal。我们将在未来的版本中使 Metal 渲染管道成为默认选项。
在将此 JEP 整合到 JDK 之前，我们在 Project Lanai 上进行了相关工作。
测试
由于未更改任何 Java 2D API，因此测试新管道的功能不需要开发新的功能测试。现有的测试和实际应用已足够。这些包括：
- JDK jtreg 回归测试，
- JCK 测试，
- Java 2D 和 Swing 演示，以及
- 作为大规模实际应用的示例，包括 Intellij IDEA 和 Netbeans 等 IDE。
为了测试性能，我们使用了以下工具：
- J2DBench，JDK 中包含的 Java 2D 基准测试应用程序，
- RenderPerfTest，一个自定义的压力测试，用于渲染相同基本类型的多个对象并测量每秒帧数（FPS），该测试在 Project Lanai 中开发，
- IntelliJ IDEA IDE 性能。
最终计划的早期访问版本的性能结果 在此。
为了进一步验证新管道，我们使用了 macOS Xcode 的仪器工具来检查内存泄漏和 Metal API 的正确使用情况。
风险和假设
我们在各种硬件和 macOS 版本上进行了测试，这些版本被认为是具有代表性的，但并非所有组合都可用。由于我们无法涵盖所有场景，因此可能存在性能限制。
我们在 Apple Silicon 上对当前的 x64 二进制文件进行了非常有限的（合理性）测试。目前尚未提供 JDK 到 Apple Silicon 的移植版本以支持本机测试。
Metal 不支持 XOR 操作，因此我们不得不在这种特定情况下接受较低的性能。这种情况可能会一直持续到 Metal 直接支持 XOR 为止。