探究Git基本原理（上）

簡(jiǎn)單地說(shuō)，Git 究竟是怎樣的一個(gè)系統(tǒng)呢？請(qǐng)注意接下來(lái)的內(nèi)容非常重要，若你理解了 Git 的思想和基本工作原理，用起來(lái)就會(huì)知其所以然，游刃有余。

在學(xué)習(xí) Git 時(shí)，請(qǐng)盡量理清你對(duì)其它版本管理系統(tǒng)已有的認(rèn)識(shí)，如 CVS、Subversion 或 Perforce， 這樣能幫助你使用工具時(shí)避免發(fā)生混淆。

盡管 Git 用起來(lái)與其它的版本控制系統(tǒng)非常相似， 但它在對(duì)信息的存儲(chǔ)和認(rèn)知方式上卻有很大差異，理解這些差異將有助于避免使用中的困惑。

Git 初始化代碼倉(cāng)庫(kù)

執(zhí)行完成了 git init 命令，究竟做了什么呢？

執(zhí)行完成如下命令之后，我們可以得到下圖所示的內(nèi)容，右側(cè)的就是 Git 為我們創(chuàng)建的代碼倉(cāng)庫(kù)，其中包含了用于版本管理所需要的內(nèi)容。

# 左邊執(zhí)行
$ mkdir git-demo
$ cd git-demo && git init
$ rm -rf .git/hooks/*.sample

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d find .

我們這里可以一起看下生成的 .git 目錄的結(jié)構(gòu)如何：

? tree .git
.git
├── HEAD
├── config
├── description
├── hooks
├── info
│ └── exclude
├── objects
│ ├── info
│ └── pack
└── refs
├── heads
└── tags

.git/config - 當(dāng)前代碼倉(cāng)庫(kù)本地的配置文件

• 本地配置文件（.git/config）和全局配置文件（~/.gitconfig）
• 通過(guò)執(zhí)行如下命令，可以將用戶配置記錄到本地代碼倉(cāng)庫(kù)的配置文件中去
• git config user.name "demo"
• git config user.email "demo@demo.com"

? cat .git/config
[core]
    repositoryformatversion = 0
    filemode = true
    bare = false
    logallrefupdates = true
    ignorecase = true
    precomposeunicode = true

[user]
    name = demo
    email = demo@demo.com

.git/objects - 當(dāng)前代碼倉(cāng)庫(kù)代碼的存儲(chǔ)位置

• blob 類型
• commit 類型
• tree 類型

# 均無(wú)內(nèi)容
? ll .git/objects
total 0
drwxr-xr-x 2 escape staff 64B Nov 23 20:39 info
drwxr-xr-x 2 escape staff 64B Nov 23 20:39 pack

? ll .git/objects/info
? ll .git/objects/pack

.git/info - 當(dāng)前倉(cāng)庫(kù)的排除等信息

? cat ./.git/info/exclude
# git ls-files --others --exclude-from=.git/info/exclude
# Lines that start with '#' are comments.
# For a project mostly in C, the following would be a good set of
# exclude patterns (uncomment them if you want to use them):
# *.[oa]
# *~

.git/hooks - 當(dāng)前代碼倉(cāng)庫(kù)默認(rèn)鉤子腳本

./.git/hooks/commit-msg.sample
./.git/hooks/pre-rebase.sample
./.git/hooks/pre-commit.sample
./.git/hooks/applypatch-msg.sample
./.git/hooks/fsmonitor-watchman.sample
./.git/hooks/pre-receive.sample
./.git/hooks/prepare-commit-msg.sample
./.git/hooks/post-update.sample
./.git/hooks/pre-merge-commit.sample
./.git/hooks/pre-applypatch.sample
./.git/hooks/pre-push.sample
./.git/hooks/update.sample

.git/HEAD - 當(dāng)前代碼倉(cāng)庫(kù)的分支指針

? cat .git/HEAD
ref: refs/heads/master

.git/refs - 當(dāng)前代碼倉(cāng)庫(kù)的頭指針

# 均無(wú)內(nèi)容
? ll .git/refs
total 0
drwxr-xr-x 2 escape staff 64B Nov 23 20:39 heads
drwxr-xr-x 2 escape staff 64B Nov 23 20:39 tags

? ll .git/refs/heads
? ll .git/refs/tags

.git/description - 當(dāng)前代碼倉(cāng)庫(kù)的描述信息

? cat .git/description
Unnamed repository; edit this file 'description' to name the repository.

add 之后發(fā)生了什么

執(zhí)行完成了 git add 命令，究竟做了什么呢？

執(zhí)行完成如下命令之后，我們可以得到下圖所示的內(nèi)容，我們發(fā)現(xiàn)右側(cè)新增了一個(gè)文件，但是 Git 目錄里面的內(nèi)容絲毫沒(méi)有變化。這是因?yàn)椋覀儸F(xiàn)在執(zhí)行的修改默認(rèn)是放在工作區(qū)的，而工作區(qū)里面的修改不歸 Git 目錄去管理。

而當(dāng)我們執(zhí)行 git status 命令的時(shí)候，Git 又可以識(shí)別出來(lái)現(xiàn)在工作區(qū)新增了一個(gè)文件，這里怎么做到的呢？—— 詳見(jiàn)[理解 blob 對(duì)象和 SHA1]部分

而當(dāng)我們執(zhí)行 git add 命令讓 Git 幫助我們管理文件的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)右側(cè)新增了一個(gè)目錄和兩個(gè)文件，分別是 8d 目錄、index 和 0e41.. 文件。

# 左邊執(zhí)行
$ echo "hello git" > helle.txt
$ git status
$ git add hello.txt

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d find .

我們這里重點(diǎn)看下，生成的 8d 這個(gè)目錄以及下面的文件。而其名稱的由來(lái)是因?yàn)?Git 對(duì)其進(jìn)行了一個(gè)叫做 SHA1 的 Hash 算法，用于將文件內(nèi)容或者字符串變成這么一串加密的字符。

# 查看 objects 的文件類型
$ git cat-file -t 8d0e41
blob

# 查看 objects 的文件內(nèi)容
$ git cat-file -p 8d0e41
hello git

# 查看 objects 的文件大小
$ git cat-file -s 8d0e41
10

# 拼裝起來(lái)
blob 10\\0hello git

現(xiàn)在我們就知道了，執(zhí)行 git add 命令將文件從工作區(qū)添加到暫存區(qū)里面，Git 會(huì)把幫助我們生成一些 Git 的對(duì)象，它存儲(chǔ)的是文件的內(nèi)容和文件類型并不存儲(chǔ)文件名稱。

微信搜索公眾號(hào)：架構(gòu)師指南，回復(fù)：架構(gòu)師 領(lǐng)取資料 。

為了驗(yàn)證我們上述的說(shuō)法，我們可以添加同樣的內(nèi)容到另一個(gè)文件，然后進(jìn)行提交，來(lái)觀察 .git 目錄的變化。我們發(fā)現(xiàn)，右側(cè)的 objects 目錄并沒(méi)有新增目錄和文件。這就可以證明，blob 類型的 object 只存儲(chǔ)的是文件的內(nèi)容，如果兩個(gè)文件的內(nèi)容一致的話，則只需要存儲(chǔ)一個(gè) object 即可。

話說(shuō)這里 object 為什么沒(méi)有存儲(chǔ)文件名稱呢？這里因?yàn)?SHA1 的 Hash 算法計(jì)算哈希的時(shí)候，本身就不包括文件名稱，所以取什么名稱都是無(wú)所謂的。那問(wèn)題來(lái)了，就是文件名的信息都存儲(chǔ)到哪里去了呢？—— 詳見(jiàn)[理解 blob 對(duì)象和 SHA1]部分

# 左邊執(zhí)行
$ echo "hello git" > tmp.txt
$ git add tmp.txt

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d find .

理解 blob 對(duì)象和 SHA1

了解 Git 的 blob 對(duì)象和 SHA1 之前的關(guān)系和對(duì)應(yīng)計(jì)算！

Hash 算法是把任意長(zhǎng)度的輸入通過(guò)散列算法變化成固定長(zhǎng)度的輸出，根據(jù)算法的不同，生成的長(zhǎng)度也有所不同。

Hash 算法：

• MD5 - 128bit - 不安全 - 文件校驗(yàn)
• SHA1 - 160bit(40位) - 不安全 - Git 存儲(chǔ)
• SHA256 - 256bit- 安全 - Docker 鏡像
• SHA512 - 512bit - 安全

但是，當(dāng)我們使用工具對(duì)上述文件內(nèi)容進(jìn)行 SHA1 計(jì)算的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有我們?cè)?.git 目錄里面看到的那樣，這是為什么呢？

? echo "hello git" | shasum
d6a96ae3b442218a91512b9e1c57b9578b487a0b -

這里因?yàn)?Git 工具的計(jì)算方式，是使用類型 長(zhǎng)度 \\0 內(nèi)容的方式進(jìn)行計(jì)算的。這里，我們算了下文件內(nèi)容只有九位，但是這里是十位，這里因?yàn)閮?nèi)容里面有換行符的存在導(dǎo)致的。現(xiàn)在我們就可以使用 git cat-file 命令來(lái)拼裝 Git 工具存儲(chǔ)的完整內(nèi)容了。

? ls -lh hello.txt
-rw-r--r-- 1 escape staff 10B Nov 23 21:12 hello.txt

? echo "blob 10\\0hello git" | shasum
8d0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f -

# 拼裝起來(lái)
blob 10\\0hello git

當(dāng)我們使用 cat 命令來(lái)查看 object 對(duì)象里面的內(nèi)容的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)看著像是一串亂碼。其實(shí)這是 Git 工具將文件的原始內(nèi)容進(jìn)行一個(gè)壓縮，然后再存儲(chǔ)到 object 對(duì)象里面。奇怪的是，我們發(fā)現(xiàn)壓縮之后的內(nèi)容反而比原始內(nèi)容還大！

這是因?yàn)槠溥M(jìn)行了壓縮，存儲(chǔ)了一些壓縮相關(guān)的信息。上例所示的比原始文件大，是因?yàn)槲覀儎?chuàng)建的內(nèi)容實(shí)在是太小了。當(dāng)我們常見(jiàn)一個(gè)比較大的文件時(shí)，就會(huì)看到壓縮之后的文件大小遠(yuǎn)小于原始文件的。

? cat .git/objects/8d/0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f
xKOR04`HWH,6A%

? ls -lh .git/objects/8d/0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f
-r--r--r-- 1 escape staff 26B Nov 23 21:36 .git/objects/8d/0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f

? file .git/objects/8d/0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f
.git/objects/8d/0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f: VAX COFF executable not stripped - version 16694

其實(shí)，我們這里也是可以通過(guò) Python 代碼來(lái)獲取二進(jìn)制 object 對(duì)象的內(nèi)容的。

import zlib

contents = open('0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f', 'rb').read()
zlib.decompress(contents)

聊聊工作區(qū)和暫存區(qū)

聊聊工作區(qū)和暫存區(qū)，以及文件如何在工作區(qū)和緩存區(qū)之間同步的問(wèn)題。

之前的章節(jié)我們也聊到了，當(dāng)我們執(zhí)行 git status 命令的時(shí)候，Git 工具怎么知道我們有一個(gè)文件沒(méi)有追蹤，以及文件名的信息都存儲(chǔ)到哪里去了？

這一切的答案，都要從工作區(qū)和索引區(qū)講起。Git 根據(jù)其存儲(chǔ)的狀態(tài)不同，將對(duì)應(yīng)狀態(tài)的“空間”分為工作區(qū)、暫存區(qū)（也可稱為索引區(qū)）和版本區(qū)三類。具體示例，可以參考下圖。

而更加深層次的理解，就要從執(zhí)行 git add 命令后生成相關(guān)的 object 對(duì)象，但是其存儲(chǔ)的是文件的類容、大小和內(nèi)容，并不包含文件名稱的信息。而文件名稱相關(guān)的信息就包含在生成的 index 文件（索引文件）里面。

當(dāng)我們直接查看 index 文件里面的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)使我們無(wú)法理解的亂碼，但是通過(guò)基本的輸出，我們可以看到其文件名稱。要想查看 index 文件的內(nèi)容，可以通過(guò) Git 提供的相關(guān)命令進(jìn)行查看。

# 左邊執(zhí)行
$ echo "file1" > file1.txt
$ git add file1.txt
$ cat .git/index

$ git ls-files # 列出當(dāng)前暫存區(qū)的文件列表信息
$ git ls-files -s # 列出當(dāng)前暫存區(qū)文件的詳細(xì)信息

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d tree .git

當(dāng)添加文件的時(shí)候，文件或目錄會(huì)從工作區(qū)流向暫存區(qū)，加之一些其他操作，會(huì)導(dǎo)致工作區(qū)和暫存區(qū)是會(huì)有一定差別的。這就會(huì)導(dǎo)致，當(dāng)我們執(zhí)行 git status 的結(jié)果就是兩者的差別。

經(jīng)過(guò)如下操作，會(huì)使工作區(qū)和暫存區(qū)和的內(nèi)容不一致了，通過(guò)命令我們也是可以查看區(qū)別的。當(dāng)我們使用 add 命令將新文件添加到暫存區(qū)的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)這下就一致了。

# 左邊執(zhí)行
$ git status
$ echo "file2" > file2.txt
$ git ls-files -s
$ git status
$ git add file2.txt
$ git ls-files -s
$ git status

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d tree .git

如果我們這里去修改一個(gè)文件的話，很顯然這個(gè)時(shí)候我們的工作區(qū)和暫存區(qū)又不一致了。當(dāng)我們使用命令去查看文件狀態(tài)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)一個(gè)文件被修改了，而 Git 是怎么知道的呢？咳咳，就是通過(guò)查找 index 文件的內(nèi)容，找到對(duì)應(yīng)文件名稱以及其內(nèi)部引用的 object 對(duì)象，與工作區(qū)的文件內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比而來(lái)的。

# 左邊執(zhí)行
$ git ls-files -s
$ echo "file.txt" > file1.txt
$ git status

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d tree .git

而這個(gè)時(shí)候，我們?cè)偈褂?git add 命令將其修改內(nèi)容保存至?xí)捍鎱^(qū)的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)文件的 object 的 blob 對(duì)象的引用值發(fā)生改變了。這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，objects 目錄下面有三個(gè)對(duì)象了，其中 file1.txt 占了兩個(gè)，但是文件卻只有兩個(gè)。通過(guò)命令查看對(duì)應(yīng) blob 對(duì)象的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)各有不同。

# 左邊執(zhí)行
$ git ls-files -s
$ git add file1.txt
$ git ls-files -s

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d tree .git

理解 commit 提交原理

執(zhí)行完成了 git commit 命令，究竟做了什么呢？

Git 倉(cāng)庫(kù)中的提交記錄保存的是你的目錄下所有文件的快照，就像是把整個(gè)目錄復(fù)制，然后再粘貼一樣，但比復(fù)制粘貼優(yōu)雅許多！Git 希望提交記錄盡可能地輕量，因此在你每次進(jìn)行提交時(shí)，它并不會(huì)盲目地復(fù)制整個(gè)目錄。條件允許的情況下，它會(huì)將當(dāng)前版本與倉(cāng)庫(kù)中的上一個(gè)版本進(jìn)行對(duì)比，并把所有的差異打包到一起作為一個(gè)提交記錄。Git 還保存了提交的歷史記錄。這也是為什么大多數(shù)提交記錄的上面都有父節(jié)點(diǎn)的原因。

當(dāng)我們使用 add 命令將工作區(qū)提交到暫存區(qū)，而暫存區(qū)其實(shí)保存的是當(dāng)前文件的一個(gè)狀態(tài)，其中包括有哪些目錄和文件，以及其對(duì)應(yīng)的大小和內(nèi)容等信息。但是我們最終是需要將其提交到代碼倉(cāng)庫(kù)（本地）的，而其命令就是 git commit 了。

而當(dāng)我們執(zhí)行 git commit 命令的時(shí)候，究竟都發(fā)生了什么呢？可以看到當(dāng)提交之后，.git 目錄中生成了兩個(gè)信息的 object 對(duì)象，其中 logs 和 refs 目錄都有新的文件生成。通過(guò)如下操作，我們可以查看到其提交的類型和對(duì)應(yīng)內(nèi)容。

# 左邊執(zhí)行
$ git commit -m "1st commit"

$ git cat-file -t 6e4a700 # 查看 commit 對(duì)象的類型
$ git cat-file -p 6e4a700 # 查看 commit 對(duì)象的內(nèi)容

$ git cat-file -t 64d6ef5 # 查看 tree 對(duì)象的類型
$ git cat-file -p 64d6ef5 # 查看 tree 對(duì)象的內(nèi)容

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d tree .git

這樣我們就理解了，當(dāng)我們執(zhí)行 git commit 命令之后，會(huì)生成一個(gè) commit 對(duì)象和一個(gè) tree 對(duì)象。commit 對(duì)象內(nèi)容里面包含了一個(gè) tree 對(duì)象和相關(guān)提交信息，而 tree 對(duì)象里面則包含了這次我們提交版本里面的文件狀態(tài)（文件名稱和 blob 對(duì)象），這樣我們就知道了這次提交的變動(dòng)了。

我們這次提交之后，處理 objects 目錄發(fā)生變動(dòng)之外，還有一些其他的變化。比如 logs 和 refs 的目錄有所變化。我們查看 refs 目錄里面的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)其指向了 6e4a70 這個(gè) commit 對(duì)象，即當(dāng)前 master 分支上面最新的提交就是這個(gè) 6e4a70 了。

而這個(gè) 6e4a70 這個(gè) commit 對(duì)象，有一個(gè) HEAD 的指向，就是 .git 目錄下的 HEAD 文件。其實(shí)質(zhì)就是一個(gè)指針，其永遠(yuǎn)指向我們當(dāng)前工作的分支，即這里我們工作在 master 分支上。當(dāng)我們切換分支的時(shí)候，這個(gè)文件的指向也會(huì)隨機(jī)改變的。

# 左邊執(zhí)行
$ cat .git/refs/heads/master
$ cat .git/HEAD

# 右邊執(zhí)行
$ watch -n 1 -d tree .git