Javantp对时的实现与优化

本文主要介绍Javantp对时的实现方法和优化技巧，帮助开发者解决在分布式系统中对时的问题。

一、JavaNTP简介

JavaNTP是JAVA平台下的一款NTP协议的实现。NTP协议是网络时间协议（Network Time Protocol）的简称，是用来使计算机时间同步化的一种协议。它可以使网络中的计算机时间保持一致，以解决时间同步的问题。

二、实现方法

使用JavaNTP实现对时主要分为以下几个步骤：

1. 创建UDP套接字，指定NTP服务器IP地址和NTP服务器端口；

    DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
    InetAddress address = InetAddress.getByName("ntp1.aliyun.com");
    int port = 123; // NTP服务器端口

2. 构造NTP请求报文；

    // 由于时区问题，需要减去服务器时间距离协调世界时的偏移量
    long timestamp = System.currentTimeMillis() - 2208988800000L;
    
    byte[] data = new byte[48];
    data[0] = 0x1B; // 指定协议版本号和命令类型
    for (int i = 1; i <= 47; i++) {
        data[i] = 0x0;
    }
    // 在请求报文中添加本地发送时间戳和接收时间戳
    long localSenderTime = System.nanoTime();
    ByteUtils.write(timestamp, data, 40);
    ByteUtils.write(localSenderTime / 1000000L, data, 24);

3. 向NTP服务器发送请求报文；

    DatagramPacket request = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
    socket.send(request);

4. 接收服务器的响应报文，并解析其中的时间戳信息；

    DatagramPacket response = new DatagramPacket(new byte[48], 48);
    socket.receive(response);
    
    long localReceiverTime = System.nanoTime();
    long ntpRefTime = ByteUtils.readLong(response.getData(), 32) - 2208988800000L;
    long ntpReceiveTime = ByteUtils.readLong(response.getData(), 40) - 2208988800000L;
    long ntpTransmitTime = ByteUtils.readLong(response.getData(), 24) - 2208988800000L;
    long delay = (localReceiverTime - localSenderTime) / 2; // 时延
    long offset = ((ntpReceiveTime - localSenderTime) + (ntpTransmitTime - localReceiverTime)) / 2; // 偏移量
    long ntpTime = ntpRefTime + offset; // NTP时间，即当前时间

三、优化技巧

1. 使用连接池避免频繁创建和销毁套接字；

    // 创建连接池
    NTPUDPClientPool pool = new NTPUDPClientPool();
    // 从连接池中获取客户端实例
    NTPUDPClient client = pool.borrowObject();
    try {
        // 发送和接收数据
    } finally {
        // 归还客户端实例到连接池
        pool.returnObject(client);
    }

2. 减少对NTP服务器的请求频率，可以使用缓存和定时器等机制；

    public class NtpTimeSync {
        // NTP服务器地址
        private String server;
        // 本地时间戳
        private long timestamp;
        // NTP时间戳
        private long ntpTime;
        // 上次同步时间
        private long lastSyncTime;
        
        // 获取当前时间
        public synchronized long currentTimeMillis() {
            long now = System.currentTimeMillis();
            // 缓存NTP时间，避免频繁请求
            if (now - lastSyncTime > 60000) {
                sync();
                lastSyncTime = now;
            }
            return ntpTime + (now - timestamp);
        }
        
        // 同步时间
        public synchronized void sync() {
            // 发送NTP请求
            // 解析NTP响应
            ntpTime = ...
            timestamp = System.currentTimeMillis();
        }
    }

3. 根据实际应用场景选择合适的NTP服务器，并且可以通过Ping测试选择时延较小的服务器；

4. 遇到网络超时等异常情况时可以进行重试，或者选择备用NTP服务器。

四、代码示例

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("ntp1.aliyun.com");
        int port = 123;
        
        byte[] data = new byte[48];
        data[0] = 0x1B;
        for (int i = 1; i <= 47; i++) {
            data[i] = 0x0;
        }
        long localSenderTime = System.nanoTime();
        long timestamp = System.currentTimeMillis() - 2208988800000L;
        ByteUtils.write(timestamp, data, 40);
        ByteUtils.write(localSenderTime / 1000000L, data, 24);
        
        DatagramPacket request = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
        socket.send(request);
        
        DatagramPacket response = new DatagramPacket(new byte[48], 48);
        socket.receive(response);
        
        long localReceiverTime = System.nanoTime();
        long ntpRefTime = ByteUtils.readLong(response.getData(), 32) - 2208988800000L;
        long ntpReceiveTime = ByteUtils.readLong(response.getData(), 40) - 2208988800000L;
        long ntpTransmitTime = ByteUtils.readLong(response.getData(), 24) - 2208988800000L;
        long delay = (localReceiverTime - localSenderTime) / 2;
        long offset = ((ntpReceiveTime - localSenderTime) + (ntpTransmitTime - localReceiverTime)) / 2;
        long ntpTime = ntpRefTime + offset;
        
        System.out.println("NTP time: " + new Date(ntpTime));
    }