Metal介绍
Metal是苹果在推出用于取代在苹果端的业务的图形编程接口，在之前使用的是基于OpenGL ES 封装的GLKit，通过Metal相关API直接操作GPU，能最大限度的利用GPU能力。
特点
Metal具有以下特点
低CPU开销
最佳GPU性能，即metal 能在GPU上发挥最大的性能
最大限度的提高CPU/GPU 的并发性
有效的资源管理
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图形管道 graphics pipelines
Metal中图形管道与OpenGL ES是一致的，并没有什么差别，如图所示
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通过CPU将顶点数据传递到顶点着色器
顶点着色器将处理好的顶点进行图元装配
然后进行光栅化，得到每个像素点的颜色值
然后将颜色传入片元着色器进行处理
最后将数据存储到帧缓存区，并显示到屏幕上
Metal的使用建议
苹果对metal的使用有以下几点建议：
Separate Your Rendering Loop 分开渲染循环：不希望将渲染的处理放到VC中，希望将渲染循环封装在一个单独的类中
Respond to View Events 响应视图的事件，即MTKViewDelegate协议，也需要放在自定义的渲染循环中
Metal Command Objects 创建一个命令对象，即创建执行命令的GPU、与GPU交互的MTLCommandQueue对象以及MTCommandBuffer渲染缓存区湘
Metal命令对象之间的关系
metal命令对象之间的关系如下图所示
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命令缓存区(command buffer)是从命令队列(command queue)创建的
命令编码器(command encoder)将命令编码到命令缓存区中
提交命令缓存区并将其发送到GPU
GPU执行命令并将结果呈现为可绘制
下面介绍Metal的相关API
Metal API
MTKView
在MetalKit中提供了一个视图类MTKView，类似于GLKit中GLKView，它是NSView(macOS中的视图类)或者UIView(iOS、tvOS中的视图类)的子类。用于处理metal绘制并显示到屏幕过程中的细节。
所以在使用metal时，首先需要先创建MTKView对象，有两种创建方式
直接修改storyboard中view的类
使用init创建
MTLDevice
由于metal是操作GPU的，所以需要获取GPU使用权限，即拿到GPU对象，Metal中提供了MTLDevice协议表示GPU接口，在iOS中一般是通过默认的方式MTLCreateSystemDefaultDevice()获取GPU
_view.device = MTLCreateSystemDefaultDevice();
metal的使用必须使用真机，且必须是6s及以上的机型
如果设备不支持mental，将会返回空
如果想使用多个MTLDevice实例，或者从一个MTLDevice切换到另一个，则需要为每个MTLDevice创建单独的一组对象
MTLDevice协议表示可以执行命令的GPU，提供了如下功能
创建新的命令队列
从内存分配缓冲区
创建纹理
查询设备功能
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MTLCommandQueue
在获取了GPU后，还需要一个渲染队列，即命令队列Command Queue类型是MTLCommandQueue，该队列是与GPU交互的第一个对象，队列中存储的是将要渲染的命令MTLCommandBuffer。
队列的获取需要通过MTLDevice对象获取，且每个命令队列的生命周期很长，因此commandQueue可以重复使用，而不是频繁创建和销毁。
_commandQueue = [_device newCommandQueue];
在绘制之前，首先需要配置好MTKView、MTLDevice以及MTLCommandQueue后，其次是准备渲染到屏幕上的数据，即准备缓存数据MTLCommandBuffer，例如顶点数据等。
简单的渲染流程就是
先通过MTLCommandBuffer创建渲染缓存区，
其次通过MTLRenderPassDescriptor创建渲染描述符，
然后再通过创建的渲染缓存区和渲染描述符创建命令编辑器MTLRenderCommandEncoder进行编码
最后是结束编码，提交渲染命令，在完成渲染后，将命令缓存区提交至GPU
MTLCommandBuffer
命令缓存区 Command Buffer主要是用于存储编码的命令，其生命周期是知道缓存区被提交到GPU执行为止，单个的命令缓存区可以包含不同的编码命令，主要取决于用于构建它的编码器的类型和数量。
命令缓存区的创建可以通过调用MTLCommandQueue的commandBuffer方法。且command buffer对象的提交只能提交至创建它的MTLCommandQueue对象中
commandBuffer在未提交命令缓存区之前，是不会开始执行的，提交后，命令缓存区将按其入队的顺序执行，commandBuffer的提交方式有以下两种，不同的提交方式表示不同的执行顺醋
enqueue：顺序执行，enqueue方法在命令队列中为命令缓存区保留一个位置，此时并未提交命令缓存区，当最终提交命令缓存区后，按照命令队列的顺序依次执行
commit：插队尽快执行，如果前面有commit还是需要排队等着
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MTLRenderCommandEncoder
MTLRenderCommandEncoder表示单个渲染过程中相关联的渲染状态和渲染命令，有以下功能：
指定图形资源，例如缓存区和纹理对象，其中包含顶点、片元、纹理图片数据
指定一个MTLRenderPipelineState对象，表示编译的渲染状态，包含顶点着色器和片元着色器的编译&链接情况
指定固定功能，包括视口、三角形填充模式、剪刀矩形、深度、模板测试以及其他值
绘制3D图元
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其中在创建commandEncoder之前，需要县创建渲染描述符MTLRenderPassDescriptor，渲染描述符通过MTKView的currentRenderPassDescriptor获取
MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;
然后通过commandBuffer结合渲染描述符创建命令编辑器
id renderEncoder = [commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];
[图片上传失败...(image-6dd51e-1598539420357)]
通过调用MTLCommandBuffer对象的makeRenderCommandEncoder(descriptor :)方法来创建MTLRenderCommandEncoder对象。
调用setRenderPipelineState(_ :)方法以指定MTLRenderPipelineState，该状态定义图形渲染管道的状态，包括顶点和片段函数。
指定用于顶点和片元函数输入和输出的资源，并在对应的参数中设置每个资源的位置(即索引)，即将顶点数据等通过commandEncoder调用setVertexBytes:length:atIndex:函数传递到metal文件的顶点着色器和片元着色器函数
指定其他的固定功能状态，例如通过commandEncoder调用setViewport:函数设置视口大小等
绘制图形
调用endEncoding()方法以终止渲染命令编码器。
参考链接
