NTP网络时间协议
NTP (Network Time Protocol) 网络时间协议用于同步计算机系统之间的时钟。NTP允许计算机时钟与参考时钟源（如原子钟、GPS 接收器或其他 NTP 服务器）进行同步，时间的准确性对于金融交易、网络通信、科学研究和安全系统等应用来说至关重要。
NTP协议特点和功能：
- 「准确性」：NTP 的主要目标是提供高准确性的时间。NTP 版本 4 (NTPv4) 可以提供毫秒级的精度，而更先进的实现（如 RFC 5905 中定义的 NTP Secure 或 Precision Time Protocol, PTP）可以提供微秒或纳秒级的精度。
- 「层次结构」：NTP 使用层次结构来组织服务器。时间信息从参考时钟源（称为“一级”服务器）流向“二级”服务器，再流向“三级”服务器，以此类推。每个服务器都会增加一定的延迟和误差，NTP 算法会尽力补偿这些误差。
- 「时间同步」：NTP 通过交换时间戳和延迟测量来同步时间。NTP 客户端向服务器发送一个时间请求，服务器响应时附带当前时间戳。客户端然后计算往返延迟，使用这些信息来调整其本地时钟。
- 「可伸缩性」：NTP 可以在各种规模的网络中运行，从小型局域网到全球互联网。NTP 服务器可以支持大量客户端，并且通过负载均衡和冗余来提高可靠性和可用性。
- 「安全性」：NTP 的安全性是一个重要问题，因为恶意服务器可能尝试提供错误的时间信息。NTP Secure (RFC 5905) 提供了一种加密和认证机制，可以确保时间信息的完整性和真实性。
- 「广播和多播」：NTP 支持广播和多播模式，大量客户端可以同时从单个服务器获取时间信息。
- 「兼容性」：NTP 与之前的互联网时间同步协议（如 ICMP 时间戳和 Daytime 协议）兼容，并提供了更高级别的准确性和功能。
Android NTP时间同步机制
Android系统的NTP时间同步通过访问Internet上的NTP服务器来自动更新时间。基本原理是通过NTP协议与NTP服务器进行通信，获取当前准确的时间，然后同步到本地设备中。NTP服务器会返回一个时间戳，时间戳表示NTP服务器所认为的当前标准时间，Android设备可以通过与本地系统时间进行比较，得出本地设备对准确时间的偏差，并进行时间校正。
自动同步时间时区配置：
- 进入“设置”->“日期和时间”->“使用网络提供的时间”菜单。
- 打开“自动确定时区”和“自动确定日期和时间”选项，让设备自动选择最佳的NTP服务器进行同步。
源码分析
NTP是Android原生通过网络获取时间的机制，关键代码逻辑在NetworkTimeUpdateService，NetworkTimeUpdateService是Android系统服务，由SystemServer启动。
「初始化」
// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkTimeUpdateService.java
public NetworkTimeUpdateService(Context context) {
mContext = context;
//NtpTrustedTime用于获取网络时间
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);
//创建mPendingPollIntent，用于发送定时广播
mPendingPollIntent = PendingIntent.getBroadcast(mContext, POLL_REQUEST, pollIntent, 0);
// 请求服务器频率 86400000ms = 24h
//从配置文件LINUX/android/frameworks/base/core/res/res/values/config.xml中解析获得
mPollingIntervalMs = mContext.getResources().getInteger(com.android.internal.R.integer.config_ntpPollingInterval);
//请求时间间隔60000ms = 10min
mPollingIntervalShorterMs = mContext.getResources().getInteger(com.android.internal.R.integer.config_ntpPollingIntervalShorter);
//最大尝试次数 3
mTryAgainTimesMax = mContext.getResources().getInteger(com.android.internal.R.integer.config_ntpRetry);
mWakeLock = context.getSystemService(PowerManager.class).newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK, TAG);
}构造方法中主要是对各种变量进行初始化操作，NetworkTimeUpdateService在SystemServer.java创建时，被SystemServer调用。
// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkTimeUpdateService.java
/** Initialize the receivers and initiate the first NTP request */
public void systemRunning() {
//注册广播
registerForAlarms();
//初始化Handler
HandlerThread thread = new HandlerThread(TAG);
thread.start();
mHandler = new MyHandler(thread.getLooper());
//向ConnectivityManager注册网络状况监听
mNetworkTimeUpdateCallback = new NetworkTimeUpdateCallback();
mCM.registerDefaultNetworkCallback(mNetworkTimeUpdateCallback, mHandler);
//使用ContentObsrver监听Settings.Global.AUTO_TIME值的变化
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));
}- 调用registerForAlarms，注册一个广播接收者，接收ACTION_POLL广播，收到后向消息队列发送一个EVENT_POLL_NETWORK_TIME的事件。
- 向ConnectivityManager注册网络状况监听。
- 监听Settings.Global.AUTO_TIME值的变化。
「NetworkTimeUpdateCallback」
// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkTimeUpdateService.java
// 定义和注册监听
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实现了NetworkCallback接口，当回调onAvailable（网络切换/可用）时，赋值mDefaultNetwork并调用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;
}
}监听Settings.Global.AUTO_TIME的变化，当值改变且AUTO_TIME != 0 时，向消息队列发送一个类型为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发送的所有消息最终都会调用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();
}
}当前无网络情况直接返回，并使用PowerManager.WakeLock调用onPollNetworkTimeUnderWakeLock(event)。
private void onPollNetworkTimeUnderWakeLock(int event) {
// 使用NtpTrustedTime获取网络时间
NtpTrustedTime.TimeResult cachedNtpResult = mTime.getCachedTimeResult();
//cachedNtpResult.getAgeMillis()是上次请求ntp服务器的时间
//如果大于等于1天，则强制刷新时间
if (cachedNtpResult == null || cachedNtpResult.getAgeMillis() >= mPollingIntervalMs) {
if (DBG) Log.d(TAG, "Stale NTP fix; forcing refresh");
//该方法是个阻塞方法
mTime.forceRefresh();
cachedNtpResult = mTime.getCachedTimeResult();
}
//cachedNtpResult.getAgeMillis() < 1天
if (cachedNtpResult != null && cachedNtpResult.getAgeMillis() < mPollingIntervalMs) {
//设置定时广播，1天后触发
resetAlarm(mPollingIntervalMs);
// Suggest the time to the time detector. It may choose use it to set the system clock.
// 设置系统时间
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) {
//设置定时广播，10分钟后触发
resetAlarm(mPollingIntervalShorterMs);
} else {
//设置定时广播，1天后触发
mTryAgainCounter = 0;
resetAlarm(mPollingIntervalMs);
}
}
}调用了resetAlarm()，该方法定时发送ACTION_POLL广播。
private void resetAlarm(long interval) {
mAlarmManager.cancel(mPendingPollIntent);
long now = SystemClock.elapsedRealtime();
long next = now + interval;
mAlarmManager.set(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME, next, mPendingPollIntent);
}NetworkTimeUpdateService启动后有两种方式触发时间更新。
- 网络发生变化。
- Settings中的AUTO_TIME开关变化(自动同步日期时区开关)。
最终都会调用onPollNetworkTimeUnderWakeLock去设置时间，根据获取的cachedNtpResult情况设置不同时间的定时广播再去尝试更新时间。
