Android NTP 时间同步机制详解

NTP是Android原生通过网络获取时间的机制，其中关键代码逻辑都在NetworkTimeUpdateService，它是Android系统服务，由SystemServer启动。

本篇文章基于Android 10源码分析。

初始化

我们从它的构造方法开始分析：

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，接下来分析systemRunning方法，它是个public方法，NetworkTimeUpdateService创建时，被SystemServer调用。

/** 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));
}

这个方法中NetworkTimeUpdateService注册了三个监听：

• 1.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；

• 2.向ConnectivityManager注册网络状况监听；

• 3.监听Settings.Global.AUTO_TIME值的变化。

咱们对这三个监听以及如何触发挨个的分析。

NetworkTimeUpdateCallback

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，当被回调onAvailable（网络切换/可用）时， 赋值mDefaultNetwork并调用onPollNetworkTime(EVENT_NETWORK_CHANGED)方法。

AutoTimeSettingObserver

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。

看到这有三个东西我们还没确认，何时发送ACTION_POLL广播、onPollNetworkTime方法实现、Handler的实现。为了更有条理我打乱一下顺序，先介绍Handler和onPollNetworkTime。

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;
       }
   }
}

三种类型的消息最终都会调用onPollNetworkTime，只有参数不一样。

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（屏幕恒亮）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);
          }
      }
  }

注意到上面调用了resetAlarm(),该方法即是定时发送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);
}

总结一下onPollNetworkTimeUnderWakeLock做的事情：

来源：https://juejin.cn/post/7128738369659486239