2、Git內部原理

1 前言

• Git使用比較靈活，達到相同結果有多種方式。
• 靠記憶不一樣場景下的命令組合，會停留在「知其然，不知其因此然」的層次。
• 只有理解Git內部原理和Git命令的底層操做，才能深刻淺出的靈活運用Git。

2 Git內部原理

Git是由C語言開發的一套內容尋址文件系統，並在此之上提供了一個VCS用戶界面。

2.1 Git目錄結構

使用git init命令初始化當前目錄，生成**.git**文件夾。

1. 工做區、暫存區和Git倉庫

• 工做區是當前目錄（除去.git/），全部的編輯操做都在該目錄進行。
• 暫存區對應.git/index文件，它包含了當前暫存區的信息，由它可生成git的tree對象。（git init執行後並無產生.git/index，而是在首次執行git add命令後才生成，並把由更新文件生成的blob對象放入**.git/objects/**內。）

  

• git倉庫對應.git/，它存儲了項目的全部歷史快照，以供須要的時候使用。

2. .git/目錄

.git/包含了如下目錄和文件：

• branches/：新版本再也不使用
• description：僅供GitWeb程序使用
• config：當前項目的配置選項
• info/：不一樣於.gitignore文件，可配置本地的文件忽略模式，不會push到remote庫而影響其餘人。
• hooks/：目錄存放鉤子腳本
• objects/：目錄存儲全部數據內容
• refs/：目錄存儲指向數據的commit對象的指針
• HEAD：文件內容爲當前分支
• index：文件內容爲暫存區的信息

2.2 Git命令

Git包含底層命令（Plumbing）和高層命令（Procelain）。

1. 用戶平時使用的Git命令通常爲高層命令，如add、commit、checkout等；高層命令對用戶友好，便於理解和操做。
2. Git起初被設計爲供VCS使用的工具集，這些工具也稱爲底層命令；底層命令通常不被用戶直接使用，而是被shell或腳本調用。

   

   此處列舉幾個底層命令簡要說明：
   • checkout-index：Copy files from the index to the working tree.
   • cat-file：Provide content or type and size information for repository objects.
   • hash-object：Compute object ID and optionally creates a blob from a file.
   • update-index：Register file contents in the working tree to the index.
   • write-tree：Create a tree object from the current index.
   • commit-tree：Create a new commit object.

2.3 Git對象

Git定義了4種對象：blob、tree、commit和tag，它們都位於**.git/objects/**目錄下。git對象在原文件的基礎上增長了一個頭部，即對象內容 = 對象頭 + 文件內容。這種格式沒法直接經過cat命令讀取，須要使用git cat-file這個底層命令才能正確讀取。 對象頭的格式爲：對象頭 = 對象類型 + 空格 + 數據內容長度 + null byte，例如一個文件內容爲「hello world」，其blob對象頭爲"blob 11\000"。

• blob：工做區的文件以blob對象的形式進入git倉庫，至關於UNIX中的inodes或文件內容。
• tree：tree對象包含對blob對象以及其餘tree對象的引用，至關於UNIX中的目錄。
• commit：包含了上一次commit對象的Hash串引用、該時間點項目快照的頂層tree對象的Hash串引用、做者/提交者信息、時間戳、空行，以及提交的註釋信息。

  

• tag：包含一個commit的Hash串引用、標籤名，以及其餘信息（由標籤類型決定）。

2.4 內容尋址

1. 依賴底層命令git hash-object命令，對文件內容增長頭信息後計算hash值並返回，增長-w參數後在git倉庫內建立blob對象（blob對象 = 對象頭 + 文件內容）。
2. blob對象存儲到git倉庫目錄（.git/objects/）時，依據40位（16進制字符）長度的hash串指定存儲目錄（hash串前2位）和命名文件（hash串後38位）。例如某blob對象的hash值爲62/0d4582bfbf773ef15f9b52ac434906a3cdf9c3，那麼它在git倉庫中的路徑爲.git/objects/62/0d4582bfbf773ef15f9b52ac434906a3cdf9c3。
3. Git內容尋址本質是：Git根據由文件內容（增長文件頭）產生的Hash值來標識和索引文件，另外進行命令操做時沒有必要寫完整的hash串，只要輸入的hash串長度是惟一可識別和索引的便可。

   

4. 無需考慮Hash碰撞的狀況，在大型項目上也能夠放心使用Git。由於在機率上SHA-1產生的哈希值碰撞的機會能夠小到忽略。

2.5 Git版本機制

1. HEAD指向當前分支。若master是當前分支，則HEAD文件內容爲ref: refs/heads/master。

   

2. 分支（本地分支、遠程分支、遠程跟蹤分支、跟蹤分支）和標籤（tag對象）都包含了對commit對象的引用。

   

3. commit對象包含了上次commit對象的引用（相似單鏈表）和本次提交的頂級tree對象的引用。

   

   • 每一個頂級tree對象可看作是一個完整的版本。
   • 經過commit對象的鏈式結構進行串聯，造成提交歷史和版本歷史。
4. 總之：git的分支和標籤經過引用commit對象來標註當前分支的版本信息。

   

   Note：凡是對Git對象的引用，都指的是Git對象的40位長度的Hash串。

2.6 引用規格（refspec）

引用規格指的是遠程倉庫分支和本地分支的映射，可表示爲<src>:<dst>，這也暗示了數據流向爲src → dst。

2.6.1. fetch和push命令

# 兩命令都包含引用規格（refspec）來指定數據流向。
git fetch [remote repository] [remote branch]:[local branch]
git push [remote repository] [local branch]:[remote branch]
複製代碼

2.6.2 config文件配置refspec

當使用缺省的fetch/push命令時，Git會根據.git/config中的refspec配置進行操做。

2.6.2.1 當經過git remote add命令添加一個遠程分支的同時，會在.git/config文件中添加一個配置結點。

fetch中的」+「是可選的，它告訴Git在不能fast-forward的狀況下，也強制去更新它。此後執行git fetch orgin這個缺省命令時，會拉取origin遠程倉庫的全部分支。

2.6.2.2 可經過git log origin/master來查看從遠程倉庫fetch的master分支。

# 如下三個命令是等價的，Git會把他們都擴展爲refs/remote/origin/master
git log origin/master
git log remote/origin/master
git log refs/remote/origin/master
複製代碼

2.6.2.3 refspec指定分支映射

1）可經過改寫fetch行爲fetch = +refs/heads/master:refs/remotes/origin/mymaster，指定把遠程的master分支映射爲本地的origin/mymaster分支。 2）也可指定多個映射，一次拉取多個指定分支。

[remote "origin"]
      url = git@github.com:kivihub/test.git
      fetch = +refs/heads/master:refs/remotes/origin/master
      fetch = +refs/heads/experiment:refs/remotes/origin/experiment
      fetch = +refs/heads/qa/*:refs/remote/orgin/qa/*
複製代碼

3）可同時指定push的refspec
若要把本地的master分支push到遠程的qa/master分支，可配置以下：

[remote "origin"]
      url = git@github.com:kivihub/test.git
      fetch = +refs/heads/master:refs/remotes/origin/master
      fetch = +refs/heads/experiment:refs/remotes/origin/experiment
      fetch = +refs/heads/qa/*:refs/remote/orgin/qa/*
      push = refs/heads/master:refs/heads/qa/master 
複製代碼

4）刪除遠程分支
經過命令git push origin :master能夠刪除遠程origin庫的master分支。由於refspec的格式爲:，經過把置空表示把遠程分支變爲空，也就是刪除它。

2.7 其餘

1. git gc垃圾回收命令用於壓縮或刪除數據，節省磁盤空間。
   • 將鬆散對象進行打包存入packfile。
   • 將不被任何commit引用而且已存在一段時間（數月）的對象刪除。

參考文章

1. GIT科普系列5：index in git
2. 《Pro Git》相關章節內容
   • Git 內部原理 - 底層命令和高層命令
   • Git 內部原理 - Git 對象
   • Git 內部原理 - Git 引用
   • Git 內部原理 - 包文件
   • Git 內部原理 - 引用規格
   • Git 內部原理 - 傳輸協議
   • Git 內部原理 - 維護與數據恢復
   • Git 內部原理 - 環境變量
3. Git命令列表
4. .gitignore和exclude