Android系統(tǒng)如何通過NTP協(xié)議自動同步時間，以及NTP服務的關鍵代碼邏輯
作者：Reathin
NTP 的主要目標是提供高準確性的時間。NTP 版本 4 (NTPv4) 可以提供毫秒級的精度，而更先進的實現(xiàn)（如 RFC 5905 中定義的 NTP Secure 或 Precision Time Protocol, PTP）可以提供微秒或納秒級的精度。
NTP網(wǎng)絡時間協(xié)議
NTP (Network Time Protocol) 網(wǎng)絡時間協(xié)議用于同步計算機系統(tǒng)之間的時鐘。NTP允許計算機時鐘與參考時鐘源（如原子鐘、GPS 接收器或其他 NTP 服務器）進行同步，時間的準確性對于金融交易、網(wǎng)絡通信、科學研究和安全系統(tǒng)等應用來說至關重要。
NTP協(xié)議特點和功能：
- 「準確性」：NTP 的主要目標是提供高準確性的時間。NTP 版本 4 (NTPv4) 可以提供毫秒級的精度，而更先進的實現(xiàn)（如 RFC 5905 中定義的 NTP Secure 或 Precision Time Protocol, PTP）可以提供微秒或納秒級的精度。
- 「層次結(jié)構(gòu)」：NTP 使用層次結(jié)構(gòu)來組織服務器。時間信息從參考時鐘源（稱為“一級”服務器）流向“二級”服務器，再流向“三級”服務器，以此類推。每個服務器都會增加一定的延遲和誤差，NTP 算法會盡力補償這些誤差。
- 「時間同步」：NTP 通過交換時間戳和延遲測量來同步時間。NTP 客戶端向服務器發(fā)送一個時間請求，服務器響應時附帶當前時間戳。客戶端然后計算往返延遲，使用這些信息來調(diào)整其本地時鐘。
- 「可伸縮性」：NTP 可以在各種規(guī)模的網(wǎng)絡中運行，從小型局域網(wǎng)到全球互聯(lián)網(wǎng)。NTP 服務器可以支持大量客戶端，并且通過負載均衡和冗余來提高可靠性和可用性。
- 「安全性」：NTP 的安全性是一個重要問題，因為惡意服務器可能嘗試提供錯誤的時間信息。NTP Secure (RFC 5905) 提供了一種加密和認證機制，可以確保時間信息的完整性和真實性。
- 「廣播和多播」：NTP 支持廣播和多播模式，大量客戶端可以同時從單個服務器獲取時間信息。
- 「兼容性」：NTP 與之前的互聯(lián)網(wǎng)時間同步協(xié)議（如 ICMP 時間戳和 Daytime 協(xié)議）兼容，并提供了更高級別的準確性和功能。
Android NTP時間同步機制
Android系統(tǒng)的NTP時間同步通過訪問Internet上的NTP服務器來自動更新時間。基本原理是通過NTP協(xié)議與NTP服務器進行通信，獲取當前準確的時間，然后同步到本地設備中。NTP服務器會返回一個時間戳，時間戳表示NTP服務器所認為的當前標準時間，Android設備可以通過與本地系統(tǒng)時間進行比較，得出本地設備對準確時間的偏差，并進行時間校正。
自動同步時間時區(qū)配置：
- 進入“設置”->“日期和時間”->“使用網(wǎng)絡提供的時間”菜單。
- 打開“自動確定時區(qū)”和“自動確定日期和時間”選項，讓設備自動選擇最佳的NTP服務器進行同步。
源碼分析
NTP是Android原生通過網(wǎng)絡獲取時間的機制，關鍵代碼邏輯在NetworkTimeUpdateService，NetworkTimeUpdateService是Android系統(tǒng)服務，由SystemServer啟動。
「初始化」
// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkTimeUpdateService.java
public NetworkTimeUpdateService(Context context) {
mContext = context;
//NtpTrustedTime用于獲取網(wǎng)絡時間
mTime = NtpTrustedTime.getInstance(context);
mAlarmManager = mContext.getSystemService(AlarmManager.class);
mTimeDetector = mContext.getSystemService(TimeDetector.class);
mCM = mContext.getSystemService(ConnectivityManager.class);
Intent pollIntent = new Intent(ACTION_POLL, null);
//創(chuàng)建mPendingPollIntent，用于發(fā)送定時廣播
mPendingPollIntent = PendingIntent.getBroadcast(mContext, POLL_REQUEST, pollIntent, 0);
// 請求服務器頻率 86400000ms = 24h
//從配置文件LINUX/android/frameworks/base/core/res/res/values/config.xml中解析獲得
mPollingIntervalMs = mContext.getResources().getInteger(com.android.internal.R.integer.config_ntpPollingInterval);
//請求時間間隔60000ms = 10min
mPollingIntervalShorterMs = mContext.getResources().getInteger(com.android.internal.R.integer.config_ntpPollingIntervalShorter);
//最大嘗試次數(shù) 3
mTryAgainTimesMax = mContext.getResources().getInteger(com.android.internal.R.integer.config_ntpRetry);
mWakeLock = context.getSystemService(PowerManager.class).newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK, TAG);
}構(gòu)造方法中主要是對各種變量進行初始化操作，NetworkTimeUpdateService在SystemServer.java創(chuàng)建時，被SystemServer調(diào)用。
// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkTimeUpdateService.java
/** Initialize the receivers and initiate the first NTP request */
public void systemRunning() {
//注冊廣播
registerForAlarms();
//初始化Handler
HandlerThread thread = new HandlerThread(TAG);
thread.start();
mHandler = new MyHandler(thread.getLooper());
//向ConnectivityManager注冊網(wǎng)絡狀況監(jiān)聽
mNetworkTimeUpdateCallback = new NetworkTimeUpdateCallback();
mCM.registerDefaultNetworkCallback(mNetworkTimeUpdateCallback, mHandler);
//使用ContentObsrver監(jiān)聽Settings.Global.AUTO_TIME值的變化
mAutoTimeSettingObserver = new AutoTimeSettingObserver(mContext, mHandler,
EVENT_AUTO_TIME_ENABLED);
mAutoTimeSettingObserver.observe();
}
private void registerForAlarms() {
mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
@Override
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
mHandler.obtainMessage(EVENT_POLL_NETWORK_TIME).sendToTarget();
}
}, new IntentFilter(ACTION_POLL));
}- 調(diào)用registerForAlarms，注冊一個廣播接收者，接收ACTION_POLL廣播，收到后向消息隊列發(fā)送一個EVENT_POLL_NETWORK_TIME的事件。
- 向ConnectivityManager注冊網(wǎng)絡狀況監(jiān)聽。
- 監(jiān)聽Settings.Global.AUTO_TIME值的變化。
「NetworkTimeUpdateCallback」
// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkTimeUpdateService.java
// 定義和注冊監(jiān)聽
mNetworkTimeUpdateCallback = new NetworkTimeUpdateCallback();
mCM.registerDefaultNetworkCallback(mNetworkTimeUpdateCallback, mHandler);
private class NetworkTimeUpdateCallback extends NetworkCallback {
@Override
public void onAvailable(Network network) {
Log.d(TAG, String.format("New default network %s; checking time.", network));
mDefaultNetwork = network;
// Running on mHandler so invoke directly.
onPollNetworkTime(EVENT_NETWORK_CHANGED);
}
@Override
public void onLost(Network network) {
if (network.equals(mDefaultNetwork)) mDefaultNetwork = null;
}
}NetworkTimeUpdateCallback實現(xiàn)了NetworkCallback接口，當回調(diào)onAvailable（網(wǎng)絡切換/可用）時，賦值mDefaultNetwork并調(diào)用onPollNetworkTime(EVENT_NETWORK_CHANGED)方法。
「AutoTimeSettingObserver」
// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkTimeUpdateService.java
mAutoTimeSettingObserver = new AutoTimeSettingObserver(mContext, mHandler,EVENT_AUTO_TIME_ENABLED);
mAutoTimeSettingObserver.observe();
/**
* Observer to watch for changes to the AUTO_TIME setting. It only triggers when the setting
* is enabled.
*/
private static class AutoTimeSettingObserver extends ContentObserver {
private final Context mContext;
private final int mMsg;
private final Handler mHandler;
AutoTimeSettingObserver(Context context, Handler handler, int msg) {}
void observe() {
ContentResolver resolver = mContext.getContentResolver();
resolver.registerContentObserver(Settings.Global.getUriFor(Settings.Global.AUTO_TIME),false, this);
}
@Override
public void onChange(boolean selfChange) {
if (isAutomaticTimeEnabled()) {
mHandler.obtainMessage(mMsg).sendToTarget();
}
}
/**
* Checks if the user prefers to automatically set the time.
*/
private boolean isAutomaticTimeEnabled() {
ContentResolver resolver = mContext.getContentResolver();
return Settings.Global.getInt(resolver, Settings.Global.AUTO_TIME, 0) != 0;
}
}監(jiān)聽Settings.Global.AUTO_TIME的變化，當值改變且AUTO_TIME != 0 時，向消息隊列發(fā)送一個類型為EVENT_AUTO_TIME_ENABLED的消息。
「MyHandler」
/** Handler to do the network accesses on */
private class MyHandler extends Handler {
MyHandler(Looper l) {
super(l);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case EVENT_AUTO_TIME_ENABLED:
case EVENT_POLL_NETWORK_TIME:
case EVENT_NETWORK_CHANGED:
onPollNetworkTime(msg.what);
break;
}
}
}Handler發(fā)送的所有消息最終都會調(diào)用onPollNetworkTime。
「onPollNetworkTime」
private void onPollNetworkTime(int event) {
// If we don't have any default network, don't bother.
if (mDefaultNetwork == null) return;
mWakeLock.acquire();
try {
onPollNetworkTimeUnderWakeLock(event);
} finally {
mWakeLock.release();
}
}當前無網(wǎng)絡情況直接返回，并使用PowerManager.WakeLock調(diào)用onPollNetworkTimeUnderWakeLock(event)。
private void onPollNetworkTimeUnderWakeLock(int event) {
// 使用NtpTrustedTime獲取網(wǎng)絡時間
NtpTrustedTime.TimeResult cachedNtpResult = mTime.getCachedTimeResult();
//cachedNtpResult.getAgeMillis()是上次請求ntp服務器的時間
//如果大于等于1天，則強制刷新時間
if (cachedNtpResult == null || cachedNtpResult.getAgeMillis() >= mPollingIntervalMs) {
if (DBG) Log.d(TAG, "Stale NTP fix; forcing refresh");
//該方法是個阻塞方法
mTime.forceRefresh();
cachedNtpResult = mTime.getCachedTimeResult();
}
//cachedNtpResult.getAgeMillis() < 1天
if (cachedNtpResult != null && cachedNtpResult.getAgeMillis() < mPollingIntervalMs) {
//設置定時廣播，1天后觸發(fā)
resetAlarm(mPollingIntervalMs);
// Suggest the time to the time detector. It may choose use it to set the system clock.
// 設置系統(tǒng)時間
TimestampedValue<Long> timeSignal = new TimestampedValue<>(
cachedNtpResult.getElapsedRealtimeMillis(), cachedNtpResult.getTimeMillis());
NetworkTimeSuggestion timeSuggestion = new NetworkTimeSuggestion(timeSignal);
timeSuggestion.addDebugInfo("Origin: NetworkTimeUpdateService. event=" + event);
mTimeDetector.suggestNetworkTime(timeSuggestion);
} else {
mTryAgainCounter++;
if (mTryAgainTimesMax < 0 || mTryAgainCounter <= mTryAgainTimesMax) {
//設置定時廣播，10分鐘后觸發(fā)
resetAlarm(mPollingIntervalShorterMs);
} else {
//設置定時廣播，1天后觸發(fā)
mTryAgainCounter = 0;
resetAlarm(mPollingIntervalMs);
}
}
}調(diào)用了resetAlarm()，該方法定時發(fā)送ACTION_POLL廣播。
private void resetAlarm(long interval) {
mAlarmManager.cancel(mPendingPollIntent);
long now = SystemClock.elapsedRealtime();
long next = now + interval;
mAlarmManager.set(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME, next, mPendingPollIntent);
}NetworkTimeUpdateService啟動后有兩種方式觸發(fā)時間更新。
- 網(wǎng)絡發(fā)生變化。
- Settings中的AUTO_TIME開關變化(自動同步日期時區(qū)開關)。
最終都會調(diào)用onPollNetworkTimeUnderWakeLock去設置時間，根據(jù)獲取的cachedNtpResult情況設置不同時間的定時廣播再去嘗試更新時間。
責任編輯：武曉燕
來源：
沐雨花飛蝶
