提及Git，相信你們都很熟悉了，畢竟做爲程序猿，天天的業餘時間除了吃飯睡覺就是逛一下全世界最大的開（tong）源（xing）代（jiao）碼（you）網站GitHub了。在那裏Git是每一個人所要具有的最基本的技能。今天咱們不聊Git的基本應用，來聊一聊Git的原理。<!-- more -->git
Git給本身的定義是一套內存尋址文件系統，當你在一個目錄下執行git init命令時，會生成一個.git目錄，它的目錄結構是這樣的：bash
.git/
├── branches
├── config
├── description
├── HEAD
├── hooks
│ ├── applypatch-msg.sample
│ ├── commit-msg.sample
│ ├── post-update.sample
│ ├── pre-applypatch.sample
│ ├── pre-commit.sample
│ ├── prepare-commit-msg.sample
│ ├── pre-push.sample
│ ├── pre-rebase.sample
│ └── update.sample
├── info
│ └── exclude
├── objects
│ ├── info
│ └── pack
└── refs
├── heads
└── tags
其中branches目錄已經再也不使用，description文件僅供GitWeb程序使用，config文件保存了項目的配置。微信
須要咱們重點關注的是HEAD和index文件以及objects和refs目錄。其中index中保存了暫存區的一些信息，這裏不作過多介紹。app
objects目錄
這個目錄是用來存儲Git對象的（包括tree對象、commit對象和blob對象），對於一個初始的Git倉庫，objects目錄下只有info和pack兩個子目錄，並無常規文件。隨着項目的進行，咱們建立的文件，以及一些操做記錄，都會做爲Git對象被存儲在這個目錄下。ide
在該目錄下，全部對象都會生成一個文件，而且有對應的SHA-1校驗和，Git會建立以校驗和前兩位爲名稱的子目錄，並以剩下的38位爲名稱來保存文件。post
接下來讓咱們一塊兒看一下當咱們進行一次提交時，Git具體作了哪些事情。學習
$ echo 'test content'>test.txt
$ git add .
執行上述命令後，objects目錄結構以下：網站
.git/objects/
├── d6
│ └── 70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
├── info
└── pack
這裏多了一個文件夾，如上面所述，這個就是Git爲咱們建立的一個對象，咱們可使用底層命令來看一下這個對象的類型以及它存儲的是什麼。ui
$ git cat-file -t d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
blob
$ git cat-file -p d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
test content
能夠看到，這是一個blob對象，存儲內容就是咱們剛剛建立的文件的內容。接下來繼續執行提交操做。spa
$ git commit -m 'test message'
[master (root-commit) 2b00dca] test message
1 file changed, 1 insertion(+)
create mode 100644 test.txt
$ tree .git/objects/
.git/objects/
├── 2b
│ └── 00dcae50af70bb5722033b3fe75281206c74da
├── 80
│ └── 865964295ae2f11d27383e5f9c0b58a8ef21da
├── d6
│ └── 70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
├── info
└── pack
此時objects目錄下又多了兩個對象。再用cat-file命令來查看一下這兩個文件。
$ git cat-file -t 2b00dcae50af70bb5722033b3fe75281206c74da
commit
$ git cat-file -p 2b00dcae50af70bb5722033b3fe75281206c74da
tree 80865964295ae2f11d27383e5f9c0b58a8ef21da
author jackeyzhe <jackeyzhe59@163.com> 1534670725 +0800
committer jackeyzhe <jackeyzhe59@163.com> 1534670725 +0800
test message
$ git cat-file -t 80865964295ae2f11d27383e5f9c0b58a8ef21da
tree
$ git cat-file -p 80865964295ae2f11d27383e5f9c0b58a8ef21da
100644 blob d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4 test.txt
能夠看到一個是commit對象，一個是tree對象。commit對象一般包括4部份內容：
工做目錄快照的Hash，即tree的值
提交的說明信息
提交者的信息
父提交的Hash值
因爲我是第一次提交，因此這裏沒有父提交的Hash值。
tree對象能夠理解爲UNIX文件系統中的目錄，保存了工做目錄的tree對象和blob對象的信息。接下來咱們再來看一下Git是如何進行版本控制的。
echo 'version1'>version.txt
$ git add .
$ git commit -m 'first version'
[master 702193d] first version
1 file changed, 1 insertion(+)
create mode 100644 version.txt
$ echo 'version2'>version.txt
$ git add .
$ git commit -m 'second version'
[master 5333a75] second version
1 file changed, 1 insertion(+), 1 deletion(-)
$ tree .git/objects/
.git/objects/
├── 1f
│ └── a5aab2a3cf025d06479b9eab9a7f66f60dbfc1
├── 29
│ └── 13bfa5cf9fb6f893bec60ac11d86129d56fcbe
├── 2b
│ └── 00dcae50af70bb5722033b3fe75281206c74da
├── 53
│ └── 33a759c4bdcdc6095b4caac19743d9445ca516
├── 5b
│ └── dcfc19f119febc749eef9a9551bc335cb965e2
├── 70
│ └── 2193d62ffd797155e4e21eede20897890da12a
├── 80
│ └── 865964295ae2f11d27383e5f9c0b58a8ef21da
├── d6
│ └── 70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
├── df
│ └── 7af2c382e49245443687973ceb711b2b74cb4a
├── info
└── pack
$ git cat-file -p 1fa5aab2a3cf025d06479b9eab9a7f66f60dbfc1
100644 blob d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4 test.txt
100644 blob 5bdcfc19f119febc749eef9a9551bc335cb965e2 version.txt
$ git cat-file -p 2913bfa5cf9fb6f893bec60ac11d86129d56fcbe
100644 blob d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4 test.txt
100644 blob df7af2c382e49245443687973ceb711b2b74cb4a version.txt
Git將沒有改變的文件的Hash值直接存入tree對象，對於有修改的文件，則會生成一個新的對象，將新的對象存入tree對象。咱們再來看一下commit對象的信息。
$ git cat-file -p 5333a759c4bdcdc6095b4caac19743d9445ca516
tree 2913bfa5cf9fb6f893bec60ac11d86129d56fcbe
parent 702193d62ffd797155e4e21eede20897890da12a
author jackeyzhe <jackeyzhe59@163.com> 1534672270 +0800
committer jackeyzhe <jackeyzhe59@163.com> 1534672270 +0800
second version
$ git cat-file -p 702193d62ffd797155e4e21eede20897890da12a
tree 1fa5aab2a3cf025d06479b9eab9a7f66f60dbfc1
parent 2b00dcae50af70bb5722033b3fe75281206c74da
author jackeyzhe <jackeyzhe59@163.com> 1534672248 +0800
committer jackeyzhe <jackeyzhe59@163.com> 1534672248 +0800
first version
此時的commit對象已經有parent信息了，這樣咱們就能夠順着parent一步步往回進行版本回退了。不過這樣是比較麻煩的，咱們通常習慣用的是git log查看提交記錄。
refs目錄
在介紹refs目錄以前，咱們仍是先來看一下該目錄結構
$ tree .git/refs/
.git/refs/
├── heads
│ └── master
└── tags
2 directories, 1 file
$ cat .git/refs/heads/master
5333a759c4bdcdc6095b4caac19743d9445ca516
在一個剛剛被初始化的Git倉庫中，refs目錄下只有heads和tags兩個子目錄，因爲咱們剛剛有過提交操做，因此git爲咱們自動生成了一個名爲master的引用。master的內容是最後一次提交對象的Hash值。看到這裏你們必定在想，若是咱們對每次提交都建立一個這樣的引用，不就不須要記住每次提交的Hash值了，只要看看引用的值，複製過來就能夠退回到對應版本了。沒錯，這樣是能夠方便的退回，可是這樣作的意義不大，由於咱們並不須要頻繁的退回，特別是比較古老的版本，退回的機率更是趨近於0。Git用這個引用作了更有意義的事，那就是分支。
當我新建一個分支時，git就會在.git/refs/heads目錄下新建一個文件。固然新建的引用仍是指向當前工做目錄的最後一次提交，通常狀況下咱們不會主動去修改這些引用文件，不過若是必定要修改，Git爲咱們提供了一個update-ref命令。能夠改變引用的值，使其指向不一樣的commit對象。
tags目錄下的文件存儲的是標籤對應的commit，當爲某次提交打上一個tag時，tags目錄下就會被建立出一個命名爲tag名的文件，值是這次提交的Hash值。
HEAD
新建分支的時候，Git是怎麼知道咱們當前是在哪一個分支的，Git又是如何實現分支切換的呢？答案就在HEAD這個文件中。
$ cat .git/HEAD
ref: refs/heads/master
$ git checkout test
Switched to branch 'test'
$ cat .git/HEAD
ref: refs/heads/test
很明顯，HEAD文件存儲的就是咱們當前分支的引用，當咱們切換分支後再次進行提交操做時，Git就會讀取HEAD對應引用的值，做爲這次commit的parent。咱們也能夠經過symbolic-ref命令手動設置HEAD的值，可是不能設置refs之外的形式。
Packfiles
到這裏咱們在文章開頭所說的重點關注的目錄和文件都介紹完畢了。可是做爲一個文件系統，還存在一個問題，那就是空間。前文介紹過，當文件修改後進行提交時，Git會建立一份新的快照。這樣長久下去，一定會佔用很大的存儲空間。而比較古老的版本的價值已經不大，因此要想辦法清理出足夠的空間供用戶使用。
好消息是，Git擁有本身的gc（垃圾回收）方法。當倉庫中有太多鬆散對象時，Git會調用git gc命令（固然咱們也能夠手動調用這個命令），將這些對象進行打包。打包後會出現兩個新文件：一個idx索引文件和一個pack文件。索引文件包含了packfile的偏移信息，能夠快速定位到文件。打包後，每一個文件最新的版本的對象存的是完整的文件內容。而以前的版本只保存差別。這樣就達到了壓縮空間的目的。
Ending
Pro Git。
本文分享自微信公衆號 - 代碼潔癖患者（Jackeyzhe2018）。
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