如何在不阻塞MTLCommandBuffer的前提下将多批次渲染结果写入同一MTLTexture

问题本质 #

多个独立提交的MTLCommandBuffer在GPU端无强制执行顺序依赖，Metal允许GPU乱序/并行执行无依赖的命令缓冲区，因此可能出现后提交的渲染任务先执行，或前置渲染未完成纹理写入时，后续渲染就触发MTLLoadActionLoad读取纹理，最终导致画面内容异常。

可行解决方案 #

• 方案1：将三个渲染任务合并到同一个MTLCommandBuffer中（最优）
  同一个命令缓冲区内的所有渲染编码器任务严格按照提交顺序执行，不需要额外同步，也没有CPU侧阻塞开销，仅需调整drawToTexture方法支持外部传入命令缓冲区即可，无需每次内部创建新的命令缓冲区。
  示例代码：

  id<MTLTexture> dst_texture = ...;
  id<MTLCommandBuffer> buffer = [commandQueue commandBuffer];
  // 三次渲染共用同一个命令缓冲区，分别创建独立渲染编码器即可
  [self drawToTexture:dst_texture inCommandBuffer:buffer];
  [self drawToTexture:dst_texture inCommandBuffer:buffer];
  [self drawToTexture:dst_texture inCommandBuffer:buffer];
  [buffer commit];
  

• 方案2：使用MTLFence（栅栏）显式声明跨命令缓冲区的资源依赖
  如果业务逻辑必须拆分到三个不同的命令缓冲区执行，可以通过栅栏声明纹理的读写顺序，保证前一个命令缓冲区的写入完成后，后一个命令缓冲区才能读取该纹理：

  1. 提前创建全局栅栏对象：id<MTLFence> fence = [device newFence];
  2. 每个命令缓冲区的渲染编码器结束时调用[renderEncoder updateFence:afterStages:MTLRenderStageFragment]，标记写入完成后更新栅栏状态
  3. 下一个命令缓冲区的渲染编码器开始时调用[renderEncoder waitForFence:beforeStages:MTLRenderStageFragment]，等待栅栏更新完成后再执行片段着色器的纹理读取逻辑

• 方案3：使用命令缓冲区异步回调串联执行流程
  无需CPU侧阻塞等待命令缓冲区执行完成，通过异步完成回调按顺序提交下一个命令缓冲区，仅适合无法合并命令缓冲区、也不方便引入栅栏的场景，性能略低于前两种方案。
  示例代码：

  id<MTLTexture> dst_texture = ...;
  id<MTLCommandBuffer> buffer1 = [self drawToTexture:dst_texture];
  [buffer1 addCompletedHandler:^(id<MTLCommandBuffer> _Nonnull cb) {
      id<MTLCommandBuffer> buffer2 = [self drawToTexture:dst_texture];
      [buffer2 addCompletedHandler:^(id<MTLCommandBuffer> _Nonnull cb) {
          id<MTLCommandBuffer> buffer3 = [self drawToTexture:dst_texture];
          [buffer3 commit];
      }];
      [buffer2 commit];
  }];
  [buffer1 commit];
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者hateom