Unity 基于NTP服务器获取网络时间

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Unity 基于NTP服务器获取网络时间      

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前言：

  当我们需要准确的时间信息时，依赖于本地系统时间可能会带来不准确的结果，特别是在需要确保时间的一致性和精确性的应用中。为了解决这个问题，我们可以通过网络时间协议（NTP）服务器来获取网络时间，从而获得更准确的时间信息。本篇博客将介绍如何在Unity中使用C#编写代码来从NTP服务器获取网络时间。

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一、什么是NTP？

NTP，全称网络时间协议（Network Time Protocol），是一种用于同步计算机网络中设备的时间的协议。它允许计算机通过互联网或局域网获取精确的时间信息，以确保设备在分布式系统中保持时间的一致性。NTP协议的工作原理基于一组公共的时间服务器，这些服务器提供了准确的时间信息。

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二、获取NTP服务器地址

要从NTP服务器获取时间，首先需要知道可用的NTP服务器的地址。以下是一些常用的NTP服务器地址，这些地址通常是可用的：

1. pool.ntp.org
2. cn.pool.ntp.org
3. ntp1.aliyun.com
4. ntp2.aliyun.com
5. ntp3.aliyun.com
6. asia.pool.ntp.org
7. time.windows.com
8. time1.cloud.tencent.com

也可以从http://www.ntp.org.cn/pool这个网址中查找自己想要的服务器地址。

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三、通过NTP服务器获取网络时间

1、同步方式获取网络时间

/// <summary>
/// 获取网络时间 utc时间
/// </summary>
/// <param name="ntpServer"></param>
/// <param name="timeoutMilliseconds "></param>
/// <returns></returns>
private static DateTime GetNetworkTime(string ntpServer, int timeoutMilliseconds = 5000)
{
    try
    {
        const int udpPort = 123;

        var ntpData = new byte[48];                                                             // 创建一个 48 字节大小的字节数组来存储 NTP 数据
        ntpData[0] = 0x1B;                                                                      // 将 NTP 数据的第一个字节设置为 0x1B，这是 NTP 协议的请求数据格式

        var addresses = Dns.GetHostEntry(ntpServer).AddressList;                                // 获取 NTP 服务器的 IP 地址列表
        var ipEndPoint = new IPEndPoint(addresses[0], udpPort);                                 // 创建用于连接的 IP 端点，使用第一个 IP 地址和 NTP 服务器的端口 123
        var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);// 创建套接字，使用 IPv4 地址族、数据报套接字类型和 UDP 协议类型

        // 设置超时时间
        socket.ReceiveTimeout = timeoutMilliseconds;

        socket.Connect(ipEndPoint);                                                             // 连接到 NTP 服务器
        socket.Send(ntpData);                                                                   // 发送 NTP 数据
        socket.Receive(ntpData);                                                                // 接收 NTP 响应数据
        socket.Close();                                                                         // 关闭套接字连接

        const byte serverReplyTime = 40;                                                        // 服务器响应时间在 NTP 数据中的偏移量
        ulong intPart = BitConverter.ToUInt32(ntpData, serverReplyTime);                        // 从 NTP 数据中获取无符号 32 位整数部分
        ulong fractPart = BitConverter.ToUInt32(ntpData, serverReplyTime + 4);                  // 从 NTP 数据中获取无符号 32 位小数部分
                                                                                                // 交换整数部分和小数部分的字节顺序，以适应本地字节顺序
        intPart = SwapEndianness(intPart);
        fractPart = SwapEndianness(fractPart);

        var milliseconds = (intPart * 1000) + ((fractPart * 1000) / 0x100000000L);              // 将整数部分和小数部分转换为毫秒数
        var networkDateTime = (new DateTime(1900, 1, 1)).AddMilliseconds((long)milliseconds);   // 根据毫秒数计算网络时间（从 1900 年 1 月 1 日开始计算）

        TimeZoneInfo serverTimeZone = TimeZoneInfo.Local;                                       // 服务器的时区

        networkDateTime = TimeZoneInfo.ConvertTimeFromUtc(networkDateTime, serverTimeZone);

        return networkDateTime;
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Debug.Log("获取网络时间失败: " + ex.Message);
        return DateTime.MinValue;
    }
}

// 交换字节顺序，将大端序转换为小端序或反之
private static uint SwapEndianness(ulong x)
{
    return (uint)(((x & 0x000000ff) << 24) +
                   ((x & 0x0000ff00) << 8) +
                   ((x & 0x00ff0000) >> 8) +
                   ((x & 0xff000000) >> 24));
}

2、异步方式获取网络时间

/// <summary>
/// 异步获取时间 utc时间
/// </summary>
/// <param name="ntpServer"></param>
/// <param name="timeoutMilliseconds"></param>
/// <returns></returns>
private async static Task<DateTime> GetNetworkTimeAsync(string ntpServer, int timeoutMilliseconds = 5000)
{
    try
    {
        const int udpPort = 123;
        var ntpData = new byte[48];
        ntpData[0] = 0x1B;

        var addresses = await Dns.GetHostAddressesAsync(ntpServer);
        var ipEndPoint = new IPEndPoint(addresses[0], udpPort);
        var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

        // 设置超时时间
        socket.ReceiveTimeout = timeoutMilliseconds;

        await socket.ConnectAsync(ipEndPoint);
        await socket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(ntpData), SocketFlags.None);
        var receiveBuffer = new byte[48];
        await socket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(receiveBuffer), SocketFlags.None);
        socket.Dispose();

        const byte serverReplyTime = 40;
        ulong intPart = BitConverter.ToUInt32(receiveBuffer, serverReplyTime);
        ulong fractPart = BitConverter.ToUInt32(receiveBuffer, serverReplyTime + 4);
        intPart = SwapEndianness(intPart);
        fractPart = SwapEndianness(fractPart);
        var milliseconds = (intPart * 1000) + ((fractPart * 1000) / 0x100000000L);
        var networkDateTime = new DateTime(1900, 1, 1).AddMilliseconds((long)milliseconds);

        TimeZoneInfo serverTimeZone = TimeZoneInfo.Local; // 服务器的时区

        networkDateTime = TimeZoneInfo.ConvertTimeFromUtc(networkDateTime, serverTimeZone);

        return networkDateTime;
    }
    catch (Exception ex)
    {
        // 出现异常，返回 null 或抛出错误，视情况而定
        Debug.Log("获取网络时间失败: " + ex.Message);
        return DateTime.MinValue;
    }
}

// 交换字节顺序，将大端序转换为小端序或反之
private static uint SwapEndianness(ulong x)
 {
     return (uint)(((x & 0x000000ff) << 24) +
                    ((x & 0x0000ff00) << 8) +
                    ((x & 0x00ff0000) >> 8) +
                    ((x & 0xff000000) >> 24));
 }

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四、通过NTP服务器池获取网络时间

使用多个NTP服务器池有助于确保你的应用程序获得准确、高可用性的时间信息，并降低了单点故障的风险。这是一个非常有用的时间管理策略，特别是对于需要时间同步的应用程序和系统。

/// <summary>
/// 同步获取网络时间（UTC时间）使用多个NTP服务器（池）
/// </summary>
/// <returns>获取到的网络时间</returns>
public static DateTime GetNetworkTimePool()
{
   var ntpServerAddresses = new List<string>
   {
       "cn.pool.ntp.org",
       "ntp1.aliyun.com" ,
       "ntp2.aliyun.com" ,
       "ntp3.aliyun.com" ,
       "ntp4.aliyun.com" ,
       "ntp5.aliyun.com" ,
       "ntp6.aliyun.com" ,
       "cn.pool.ntp.org" ,
       "asia.pool.ntp.org" ,
       "time.windows.com" ,
       "time1.cloud.tencent.com"
   };

   foreach (var serverAddress in ntpServerAddresses)
   {
       DateTime networkDateTime = GetNetworkTime(serverAddress, 2000);
       if (networkDateTime != DateTime.MinValue)
       {
           Debug.Log("获取网络时间：" + networkDateTime);

           return networkDateTime;
       }
   }

   Debug.Log("获取系统时间：" + DateTime.Now);
   return DateTime.Now;
}

/// <summary>
/// 异步获取网络时间（UTC时间）使用多个NTP服务器（池）
/// </summary>
/// <returns>获取到的网络时间</returns>
public static async Task<DateTime> GetNetworkTimeAsyncPool()
{
   var ntpServerAddresses = new List<string>
   {
       "cn.pool.ntp.org",
       "ntp1.aliyun.com" ,
       "ntp2.aliyun.com" ,
       "ntp3.aliyun.com" ,
       "ntp4.aliyun.com" ,
       "ntp5.aliyun.com" ,
       "ntp6.aliyun.com" ,
       "cn.pool.ntp.org" ,
       "asia.pool.ntp.org" ,
       "time.windows.com" ,
       "time1.cloud.tencent.com"
   };

   var tasks = ntpServerAddresses.Select(serverAddress => Task.Run(async () => await GetNetworkTimeAsync(serverAddress, 2000))).ToArray();

   while (tasks.Length > 0)
   {
       var completedTask = await Task.WhenAny(tasks);

       tasks = tasks.Where(task => task != completedTask).ToArray();

       DateTime networkDateTime = completedTask.Result;

       if (networkDateTime != DateTime.MinValue)
       {
           Debug.Log("获取网络时间：" + networkDateTime);

           return networkDateTime;
       }
   }

   Debug.Log("获取系统时间：" + DateTime.Now);
   return DateTime.Now;
}

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TechX —— 心探索、心进取！ 每一次跌倒都是一次成长 每一次努力都是一次进步

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