三分鐘上手！一文看懂 Git 的底層工作原理

作者：小牛肉 2023-08-15 08:46:30

Tag 和 branch 類似，也是指向某個 commit 的指針。不同的是 tag 創建后其指向的 commit 不能變化，而 branch 創建后，其指針會在提交新的 commit 后向前移動。

這是一篇能讓你迅速了解 Git 工作原理的文章，實戰案例解析，相信我，3 分鐘，絕對能夠有收獲！

Git 目錄結構

Git 的本質是一個文件系統（很重要，記住這句話，理解這句話），工作目錄中的所有文件的歷史版本以及提交記錄（commit）都是以文件對象的方式保存在 .git 目錄中的。

我們先來創建一個名為 git-demo 空目錄，并采用 git init 命令初始化 Git 倉庫。該命令會在工作目錄下生成一個 .git 目錄，該目錄將用于保存工作區中所有的文件歷史的歷史版本，commit，branch，tag 等所有信息。

$ mkdir git-demo
$ cd git-demo
$ git init

其目錄結構如下：

圖片

待會我們重點關注下這幾個目錄：

HEAD：工作目錄當前狀態對應的 commit，一般來說是當前 branch 的 head，HEAD 也可以通過 git checkout 命令被直接設置到一個特定的 commit 上，這種情況被稱之為 detached HEAD
objects：這里是真正保存 Git 對象的目錄，包括三類對象 commit，tree 和 blob（具體這三類對象是什么，慢慢往下看就知道了）
refs：用來保存 branch 和 tag 對應的 commit

Git 三大對象

目前 Objects 目錄中還沒有任何內容，我們創建一個文件并提交：

$ git:(master) echo "my project" > README
$ git:(master) mkdir src
$ git:(master) echo "hello world" > src/file1.txt

添加并提交：

$ git:(master) git add .
$ git:(master) git commit -m "init commit"

圖片

從打印輸出可以看到，上面的命令創建了一個 commit 對象，該 commit 包含兩個文件。查看 .git/objects 目錄，可以看到該目錄下增加了 5 個子目錄 06，3b， 82， c5， ca，每個子目錄下有一個以一長串字母數字命令的文件：

圖片

這一大串是什么？

Git Object 目錄中存儲了三種對象：Commit， Tree 和 Blob，Git 會為對象生成一個文件，并根據文件信息生成一個 SHA-1 哈希值作為文件內容的校驗和，創建以該校驗和前兩個字符為名稱的子目錄，并以 (校驗和) 剩下 38 個字符為文件命名，將該文件保存至子目錄下。

可以通過 git cat-file -t 哈希值命令查看對象類型，通過 git cat-file -p 哈希值命令查看對象中的內容，哈希值就是目錄名+文件名，在沒有歧義的情況下，命令可以不用輸入整個哈希值，輸入前幾位即可。

我們挨個看下：

065bca（blob）：

圖片

3b18e（blob）：

圖片

824244（tree）：

圖片

c5bc98（commit）：

圖片

ca96（tree）：

圖片

認真看圖，大家看完也就差不多清楚了 commit、blob、tree 這幾大對象是什么東西了

從 commit 對象（c5bc98）入手，commit 對象中保存了 commit 的作者，commit 的描述信息，簽名信息以及該 commit 中包含哪些 tree 對象和 blob 對象。從上圖可知包含了 tree 對象（ca96）。

可以把 tree 對象看成這次提交相關的所有文件的根目錄，可以看到 ca96 這個 tree 對象中包含了一個 blob 對象（065bca），即 README 文件，以及一個 tree 對象（824244），即 src 目錄。而 blob 對象存儲的就是真正的內容。

這幾個對象的對應關系如下圖所示：

圖片

Git Brach 和 Tag

現在來看下 HEAD 中的內容，前面說過，HEAD 中存儲的是工作目錄當前狀態對應的 commit：

$ git:(master) cat .git/HEAD
ref: refs/heads/master

$ git:(master) cat .git/refs/heads/master
c5bc98b8990bedd7444da537320559e601eba87b

c5bc98 正是我們最近的這次 commit！

master 是一個分支名，所以分支（branch）的本質是一個指向 commit 的指針

我們切一個新分支 feat/work：

圖片

查看下 refs/heads/master 和 refs/heads/feat/work 中的 commit 值：

圖片

從其內容可以看到，feat/work 這個 branch 并沒有創建任何新的版本文件，和 master 一樣指向了 c5bc98 這個 commit。

從上面的實驗可以看出，一個 branch 其實只是一個 commit 對象的應用，Git 并不會為每個 branch 存儲一份拷貝，因此在 git 中創建 branch 幾乎沒有任何代價。

接下來我們在 feat/work 這個 branch上進行一些修改，然后提交：

$ git:(feat/work) echo "new line" >> src/file1.txt
$ git:(feat/work) echo "do nothing" >> License
$ git:(feat/work) git add .
$ git:(feat/work) git commit -m "some change"

圖片