程序员必看知识：计算机时间到底是怎么来的？
| 作者： | 来源： | 发布时间：2021-10-04 15:23:47 | 访问量：724 |
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关于时间的问题还有很多，例如：
为什么计算机的时间有时候会‘走不准’？
计算机究竟是怎么‘自动校准’时间的？
我们经常看到的 UTC 时间，到底是什么？
我们在新闻上看到的‘北京时间’，真的来自北京吗？等等
这篇文章，就来揭秘时间背后的秘密，希望你可以耐心读完。
时间为什么总是走“不准”？
正如家里买了一个钟表，时间一长，就会发现它走得‘不准了’。又或者，一台长时间不使用的电脑，它的时间也会发生偏差。遇到这些情况可能会不以为然，一般都会“人工”调准它们。钟表和计算机内部都有一个叫做“晶体振荡器”的东西，给它加上电压，它就会以固定的频率振动。但这个振动频率的“稳定性”，取决于它的制造工艺，以及外界环境的影响。出于成本的考虑，钟表的制作工艺没那么高，所以它更容易有误差。而电脑制造工艺虽然比较高，但它内部的晶体振荡器也会受到“温度”变化带来的影响，在工作过程中，也会有产生误差。虽然它们的误差很小，但日积月累下来，误差就越来越明显。
如何校准时间？
很简单，只要把电脑连上了“网络”，就会发现它会自动与“网络时间”保持同步。
可问题是，这个“网络时间”哪儿来的？是每台电脑肯定配置了一个“时间服务器”，之后这台电脑会与服务器定时同步，自动校准吗？没错，确实是这样，不光是电脑，我们平时使用的手机、平板、智能手表等电子设备，只要能连接网络，都会自动同步网络时间。
理论来讲，它应该也是一台计算机，难道它不会遇到我们前面说的问题吗？
此外，这个网络时间究竟是怎么“同步”到我们的电脑上的？这可能会联想到是通过网络数据包。问题又来了，网络传输数据也是有“延迟”的，同步服务器时间，不还是存在误差吗？环环相扣，像一个俄罗斯套娃，很难解释清楚。要想彻底搞清楚这些问题，就要深入到时间的“源头”来寻找答案。
时间是怎么来的？
聪明的人们就想到，把一年内所有天的时长加起来，然后求“平均”，得到相对固定的“天”，然后再计算得出“相对平均”的秒，这样就减小了误差。确定了天文规律，人们开始制造“钟表”，把时间表示出来。从摆钟到机械钟，再到现代广泛使用的石英钟，钟表的制作工艺越来越高，时间精度也越来越高，现代石英钟每天的计时误差只有“千分之一秒”。
所以，在 1927 年，人们以基于“天文现象”+“钟表计时”，确立了第一套时间标准：世界时（Universal Time，简称 UT）。
现在，科学家制定出了两套时间标准：
世界时：基于天文现象 + 钟表计时，永远与地球自转时间相匹配
国际原子时：基于原子钟计时，每一秒的周期完全等长且固定
这一套“新的时间标准”，这套时间以“原子时为基准”，开始计时，走的每一秒都是稳定、精确的。同时，为了兼顾基于天文测量的世界时，人类会“持续观测”世界时与这个新时钟的差距。如果发现两者相差过大时，我们就“人为”地调整一下这个时钟（加一秒或减一秒），让两者相差不超过 0.9 秒。但这个时钟本身比世界时走得快，经过一段时间后，如果发现两者相差越来越大，那就给这个时钟“加一秒”，让这个时钟在 23:59:59 的下一秒变为 23:59:60 秒，让它与世界时差距控制在 0.9 秒以内，这个操作过程，相当于让快的时钟稍微“等”一下走得慢的世界时。而增加的这一秒，科学家把它定义为“闰秒”。
由于这个时钟是基于原子时+世界时“协调”得出的，所以科学家们把它定义为协调世界时（Coordinated Universal Time，简称 UTC）。
看到了么？我们在开发时经常看到的 UTC，原来是这样来的！
有了这个研究成果，有技术能力的国家都纷纷制造自己的原子钟，然后计算协调世界时。
为了进一步降低原子钟的测量误差，每个国家会在每个月，统一上报自己计算的世界协调时到一个权威机构，然后这个权威机构会根据各国实验室的精度，进行加权计算，算出最终的协调世界时。
之后，再把这个最终的时间下发到各个国家，让各个国家进行“对表”校准，保证全世界的时间误差在 100 纳秒以内。
至此，科学家们建立的这套时间标准，就是我们现在沿用至今的“标 准 时 间”！
值得一提的是，配合计算世界协调时的国家，也有中国，这个实验室就是“中国科学院国家授时中心”，它位于中国的陕西省渭南市蒲城县，持续维护中国的标准时间。
之后，中国会在自己算出的世界协调时的基础上，再加 8 个小时（中国在东八区），最终得出来的时间，就是“北 京 时 间”！至此，全新的世界标准时间确立了，这套时间标准于 1972 年正式确定，一直沿用至今。
计算机如何同步时间？
位于陕西省的中国科学院国家授时中心，产生北京时间后，会通过一系列方式，把这个时间广播出去，这个过程，就叫做“授时”。国家授时中心提供很多授时方式，例如无线电波、网络、电话，都可以把时间广播出去。
这一套“新的时间标准”，这套时间以“原子时为基准”，开始计时，走的每一秒都是稳定、精确的。同时，为了兼顾基于天文测量的世界时，人类会“持续观测”世界时与这个新时钟的差距。如果发现两者相差过大时，我们就“人为”地调整一下这个时钟（加一秒或减一秒），让两者相差不超过 0.9 秒。但这个时钟本身比世界时走得快，经过一段时间后，如果发现两者相差越来越大，那就给这个时钟“加一秒”，让这个时钟在 23:59:59 的下一秒变为 23:59:60 秒，让它与世界时差距控制在 0.9 秒以内，这个操作过程，相当于让快的时钟稍微“等”一下走得慢的世界时。而增加的这一秒，科学家把它定义为“闰秒”。
通常来说，无线电波的传播速度更快、传播误差小，所以授时中心会通过这种方式，把时间发送给全国各地的“时间服务器”。时间服务器有了准确的时间后，再通过其它方式（例如网络）广播到下一层的终端用户使用。
当计算机在做时间校准时，也需要把网络延迟计算进去，最后“修正”这个同步过来的时间，降低误差。现在，已经有个软件已经把这一切都做好了，如果你了解一些运维相关的工作，就会知道，我们部署应用程序的服务器上，都会启动一个“自动校准”时间的服务，这个服务就是 NTP（Network Time Protocol），它可以保证每台机器的时间与时间服务器保持同步。
