在 macOS 上开发图形应用，鹏磊最烦的就是性能问题。以前用 OpenGL 渲染，性能一般，而且苹果已经弃用了 OpenGL。JDK 17 的 JEP 382 引入了新的 macOS 渲染管道，使用 Metal 框架替代 OpenGL，性能提升明显，而且更好地与 macOS 集成。
新的 macOS 渲染管道是 JEP 382 引入的特性，使用 Apple 的 Metal 框架替代 OpenGL 进行图形渲染。Metal 是苹果的底层图形 API，性能比 OpenGL 好，而且与 macOS 集成更好。这玩意儿对于 Java 图形应用特别有用，特别是 AWT 和 Swing 应用，性能提升明显。
什么是 Metal 框架
Metal 是 Apple 开发的底层图形 API，用于 macOS、iOS、tvOS 等平台。相比 OpenGL，Metal 有以下优势：
- 性能更好：更接近硬件，性能比 OpenGL 好
- 延迟更低：减少了驱动层的开销
- 更好的集成：与 macOS 系统集成更好
- 现代 API：支持现代图形特性
// Metal 框架的优势
// 1. 性能更好：更接近硬件，减少驱动层开销
// 2. 延迟更低：减少了系统调用和上下文切换
// 3. 更好的集成：与 macOS 系统集成更好
// 4. 现代 API：支持现代图形特性，如计算着色器
Metal 框架性能更好，与 macOS 集成更好。
为什么需要新的渲染管道
以前在 macOS 上使用 OpenGL 渲染，有几个问题：
- 性能一般：OpenGL 性能不如 Metal
- 已被弃用：苹果已经弃用了 OpenGL
- 集成不好：与 macOS 系统集成不够好
- 功能有限：不支持现代图形特性
JDK 17 引入了新的渲染管道，使用 Metal 框架，解决了这些问题。
自动检测和使用
新的渲染管道会自动检测和使用 Metal：
import java.awt.*;
import javax.swing.*;
// 自动使用 Metal 渲染管道
public class MetalRenderingExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建 Swing 应用
JFrame frame = new JFrame("Metal 渲染示例"); // 创建窗口
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 设置关闭操作
frame.setSize(800, 600); // 设置大小
// 创建面板
JPanel panel = new JPanel() {
@Override
protected void paintComponent(Graphics g) {
super.paintComponent(g); // 调用父类方法
Graphics2D g2d = (Graphics2D) g; // 转换为 Graphics2D
// 启用抗锯齿
g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON); // 启用抗锯齿
// 绘制图形
g2d.setColor(Color.BLUE); // 设置颜色
g2d.fillOval(100, 100, 200, 200); // 绘制圆形
g2d.setColor(Color.RED); // 设置颜色
g2d.fillRect(400, 100, 200, 200); // 绘制矩形
}
};
frame.add(panel); // 添加面板
frame.setVisible(true); // 显示窗口
// 在 macOS 上，渲染会自动使用 Metal 框架
// 不需要额外配置，JDK 17 会自动检测和使用
}
}
在 macOS 上，渲染会自动使用 Metal 框架，不需要额外配置。
性能提升
使用 Metal 框架后，性能提升明显：
import java.awt.*;
import javax.swing.*;
import java.util.*;
// 性能测试示例
public class MetalPerformanceTest {
public static void main(String[] args) {
JFrame frame = new JFrame("性能测试"); // 创建窗口
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 设置关闭操作
frame.setSize(800, 600); // 设置大小
// 创建面板，绘制大量图形
JPanel panel = new JPanel() {
private Random random = new Random(); // 随机数生成器
@Override
protected void paintComponent(Graphics g) {
super.paintComponent(g); // 调用父类方法
Graphics2D g2d = (Graphics2D) g; // 转换为 Graphics2D
// 启用抗锯齿
g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON); // 启用抗锯齿
// 绘制大量图形（性能测试）
long start = System.nanoTime(); // 开始时间
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
g2d.setColor(new Color(random.nextInt(256),
random.nextInt(256), random.nextInt(256))); // 随机颜色
g2d.fillOval(random.nextInt(800), random.nextInt(600),
50, 50); // 绘制圆形
}
long time = System.nanoTime() - start; // 计算时间
System.out.println("渲染时间: " + time / 1_000_000 + " ms"); // 输出时间
}
};
frame.add(panel); // 添加面板
frame.setVisible(true); // 显示窗口
// 使用 Metal 框架后，渲染性能提升明显
// 特别是在绘制大量图形时，性能提升更明显
}
}
使用 Metal 框架后，渲染性能提升明显，特别是在绘制大量图形时。
实际应用：图形编辑器
图形编辑器是 Metal 渲染管道的典型应用：
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.*;
import java.util.*;
// 图形编辑器示例
public class GraphicsEditor {
private JFrame frame; // 窗口
private JPanel canvas; // 画布
private java.util.List<Shape> shapes; // 图形列表
private Color currentColor; // 当前颜色
public GraphicsEditor() {
shapes = new ArrayList<>(); // 初始化图形列表
currentColor = Color.BLACK; // 初始化颜色
frame = new JFrame("图形编辑器"); // 创建窗口
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 设置关闭操作
frame.setSize(1000, 700); // 设置大小
// 创建画布
canvas = new JPanel() {
@Override
protected void paintComponent(Graphics g) {
super.paintComponent(g); // 调用父类方法
Graphics2D g2d = (Graphics2D) g; // 转换为 Graphics2D
// 启用抗锯齿
g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON); // 启用抗锯齿
// 绘制所有图形
for (Shape shape : shapes) {
g2d.setColor(shape.color); // 设置颜色
g2d.fill(shape.shape); // 绘制图形
}
}
};
canvas.setBackground(Color.WHITE); // 设置背景色
canvas.addMouseListener(new MouseAdapter() {
@Override
public void mousePressed(MouseEvent e) {
// 添加新图形
shapes.add(new Shape(new java.awt.geom.Ellipse2D.Double(
e.getX() - 25, e.getY() - 25, 50, 50), currentColor)); // 添加圆形
canvas.repaint(); // 重绘画布
}
});
// 创建颜色选择器
JPanel colorPanel = new JPanel(); // 创建颜色面板
String[] colors = {"黑色", "红色", "绿色", "蓝色", "黄色"}; // 颜色数组
Color[] colorValues = {Color.BLACK, Color.RED, Color.GREEN,
Color.BLUE, Color.YELLOW}; // 颜色值数组
for (int i = 0; i < colors.length; i++) {
JButton button = new JButton(colors[i]); // 创建按钮
final Color color = colorValues[i]; // 颜色
button.addActionListener(e -> {
currentColor = color; // 设置当前颜色
});
colorPanel.add(button); // 添加按钮
}
// 创建清除按钮
JButton clearButton = new JButton("清除"); // 创建清除按钮
clearButton.addActionListener(e -> {
shapes.clear(); // 清除图形
canvas.repaint(); // 重绘画布
});
colorPanel.add(clearButton); // 添加清除按钮
// 布局
frame.setLayout(new BorderLayout()); // 设置布局
frame.add(canvas, BorderLayout.CENTER); // 添加画布
frame.add(colorPanel, BorderLayout.SOUTH); // 添加颜色面板
frame.setVisible(true); // 显示窗口
// 使用 Metal 框架后，图形编辑器性能提升明显
// 特别是在绘制大量图形时，性能提升更明显
}
// 图形类
static class Shape {
java.awt.Shape shape; // 图形
Color color; // 颜色
Shape(java.awt.Shape shape, Color color) {
this.shape = shape; // 初始化图形
this.color = color; // 初始化颜色
}
}
public static void main(String[] args) {
SwingUtilities.invokeLater(() -> new GraphicsEditor()); // 创建编辑器
}
}
图形编辑器用 Metal 渲染管道，性能提升明显，特别是在绘制大量图形时。
实际应用：数据可视化
数据可视化也是 Metal 渲染管道的典型应用：
import java.awt.*;
import javax.swing.*;
import java.util.*;
// 数据可视化示例
public class DataVisualization {
public static void main(String[] args) {
JFrame frame = new JFrame("数据可视化"); // 创建窗口
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 设置关闭操作
frame.setSize(1000, 600); // 设置大小
// 生成随机数据
Random random = new Random(); // 随机数生成器
int[] data = new int[100]; // 数据数组
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
data[i] = random.nextInt(500); // 生成随机数据
}
// 创建面板，绘制图表
JPanel panel = new JPanel() {
@Override
protected void paintComponent(Graphics g) {
super.paintComponent(g); // 调用父类方法
Graphics2D g2d = (Graphics2D) g; // 转换为 Graphics2D
// 启用抗锯齿
g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON); // 启用抗锯齿
// 绘制柱状图
int barWidth = getWidth() / data.length; // 柱宽
int maxValue = Arrays.stream(data).max().orElse(1); // 最大值
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
int barHeight = (int) ((double) data[i] / maxValue * getHeight()); // 柱高
g2d.setColor(new Color(100, 150, 200)); // 设置颜色
g2d.fillRect(i * barWidth, getHeight() - barHeight,
barWidth - 2, barHeight); // 绘制柱状图
}
// 绘制折线图
g2d.setColor(Color.RED); // 设置颜色
g2d.setStroke(new BasicStroke(2)); // 设置线条宽度
for (int i = 0; i < data.length - 1; i++) {
int x1 = i * barWidth + barWidth / 2; // X1 坐标
int y1 = getHeight() - (int) ((double) data[i] / maxValue * getHeight()); // Y1 坐标
int x2 = (i + 1) * barWidth + barWidth / 2; // X2 坐标
int y2 = getHeight() - (int) ((double) data[i + 1] / maxValue * getHeight()); // Y2 坐标
g2d.drawLine(x1, y1, x2, y2); // 绘制折线
}
}
};
frame.add(panel); // 添加面板
frame.setVisible(true); // 显示窗口
// 使用 Metal 框架后，数据可视化性能提升明显
// 特别是在绘制大量数据时，性能提升更明显
}
}
数据可视化用 Metal 渲染管道，性能提升明显，特别是在绘制大量数据时。
实际应用：游戏开发
游戏开发也是 Metal 渲染管道的典型应用：
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.*;
import java.util.*;
// 简单游戏示例
public class SimpleGame {
private JFrame frame; // 窗口
private JPanel gamePanel; // 游戏面板
private int playerX, playerY; // 玩家位置
private java.util.List<Enemy> enemies; // 敌人列表
private Timer gameTimer; // 游戏计时器
public SimpleGame() {
playerX = 400; // 初始化玩家 X 坐标
playerY = 500; // 初始化玩家 Y 坐标
enemies = new ArrayList<>(); // 初始化敌人列表
frame = new JFrame("简单游戏"); // 创建窗口
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 设置关闭操作
frame.setSize(800, 600); // 设置大小
// 创建游戏面板
gamePanel = new JPanel() {
@Override
protected void paintComponent(Graphics g) {
super.paintComponent(g); // 调用父类方法
Graphics2D g2d = (Graphics2D) g; // 转换为 Graphics2D
// 启用抗锯齿
g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON); // 启用抗锯齿
// 绘制背景
g2d.setColor(Color.BLACK); // 设置颜色
g2d.fillRect(0, 0, getWidth(), getHeight()); // 绘制背景
// 绘制玩家
g2d.setColor(Color.BLUE); // 设置颜色
g2d.fillRect(playerX - 20, playerY - 20, 40, 40); // 绘制玩家
// 绘制敌人
g2d.setColor(Color.RED); // 设置颜色
for (Enemy enemy : enemies) {
g2d.fillOval(enemy.x - 15, enemy.y - 15, 30, 30); // 绘制敌人
}
}
};
gamePanel.setBackground(Color.BLACK); // 设置背景色
// 键盘控制
gamePanel.setFocusable(true); // 设置可聚焦
gamePanel.addKeyListener(new KeyAdapter() {
@Override
public void keyPressed(KeyEvent e) {
switch (e.getKeyCode()) {
case KeyEvent.VK_LEFT:
playerX -= 10; // 向左移动
break;
case KeyEvent.VK_RIGHT:
playerX += 10; // 向右移动
break;
case KeyEvent.VK_UP:
playerY -= 10; // 向上移动
break;
case KeyEvent.VK_DOWN:
playerY += 10; // 向下移动
break;
}
gamePanel.repaint(); // 重绘
}
});
// 游戏循环
gameTimer = new Timer(16, e -> {
// 更新敌人
Random random = new Random(); // 随机数生成器
if (random.nextInt(100) < 5) {
enemies.add(new Enemy(random.nextInt(800), 0)); // 添加敌人
}
// 移动敌人
enemies.removeIf(enemy -> {
enemy.y += 5; // 向下移动
return enemy.y > 600; // 移除超出屏幕的敌人
});
gamePanel.repaint(); // 重绘
});
gameTimer.start(); // 启动计时器
frame.add(gamePanel); // 添加游戏面板
frame.setVisible(true); // 显示窗口
// 使用 Metal 框架后，游戏性能提升明显
// 特别是在高帧率渲染时，性能提升更明显
}
// 敌人类
static class Enemy {
int x, y; // 位置
Enemy(int x, int y) {
this.x = x; // 初始化 X 坐标
this.y = y; // 初始化 Y 坐标
}
}
public static void main(String[] args) {
SwingUtilities.invokeLater(() -> new SimpleGame()); // 创建游戏
}
}
游戏开发用 Metal 渲染管道，性能提升明显，特别是在高帧率渲染时。
注意事项
注意事项一：仅限 macOS
Metal 渲染管道仅限 macOS 平台：
// 检查平台
public class PlatformCheck {
public static void main(String[] args) {
String osName = System.getProperty("os.name"); // 获取操作系统名称
System.out.println("操作系统: " + osName); // 输出操作系统
if (osName.toLowerCase().contains("mac")) {
System.out.println("支持 Metal 渲染管道"); // macOS 支持
} else {
System.out.println("不支持 Metal 渲染管道"); // 其他平台不支持
}
}
}
Metal 渲染管道仅限 macOS 平台，其他平台仍然使用 OpenGL。
注意事项二：自动检测
Metal 渲染管道会自动检测和使用，不需要额外配置：
// 自动检测和使用
// JDK 17 会自动检测 macOS 平台，并使用 Metal 框架
// 不需要额外配置，也不需要修改代码
// 只需要在 macOS 上运行 JDK 17 即可
Metal 渲染管道会自动检测和使用，不需要额外配置。
注意事项三：向后兼容
Metal 渲染管道向后兼容，现有代码不需要修改：
// 向后兼容
// 现有的 AWT 和 Swing 代码不需要修改
// 在 macOS 上运行时会自动使用 Metal 框架
// 在其他平台上仍然使用原来的渲染管道
Metal 渲染管道向后兼容，现有代码不需要修改。
最佳实践
最佳实践一：启用抗锯齿
启用抗锯齿能提升图形质量：
// 启用抗锯齿
Graphics2D g2d = (Graphics2D) g; // 转换为 Graphics2D
g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON); // 启用抗锯齿
启用抗锯齿能提升图形质量，Metal 框架能更好地支持。
最佳实践二：使用双缓冲
使用双缓冲能减少闪烁：
// 使用双缓冲
JPanel panel = new JPanel() {
@Override
protected void paintComponent(Graphics g) {
super.paintComponent(g); // 调用父类方法
// 绘制代码
}
};
使用双缓冲能减少闪烁，Metal 框架能更好地支持。
最佳实践三：优化绘制
优化绘制能提升性能：
// 优化绘制
// 1. 只绘制可见区域
// 2. 使用缓存
// 3. 减少重绘次数
优化绘制能提升性能，Metal 框架能更好地支持。
总结
新的 macOS 渲染管道是 JDK 17 的一个重要特性，使用 Metal 框架替代 OpenGL，性能提升明显，而且更好地与 macOS 集成。这玩意儿对于 Java 图形应用特别有用，特别是 AWT 和 Swing 应用，性能提升明显。
虽然仅限 macOS 平台，但自动检测和使用，向后兼容，现有代码不需要修改。建议在 macOS 上开发图形应用时使用 JDK 17，享受 Metal 框架带来的性能提升。下一篇文章咱就聊聊 macOS/AArch64 移植，看看怎么支持 ARM 架构的 macOS 系统。兄弟们有啥问题随时问，鹏磊会尽量解答。