深入理解 Git
深入理解 Git
Git 使我們日常使用的開發工具，用于代碼的版本管理，但是我們常用的各種命令 git add, git commit, git push, git pull 等等究竟是啥樣子，帶著好奇心，趁著空重新讀了下 Git 的官方文檔。發現了一些除了剛剛提到的高級命令以外的低級命令，以及 Git 究竟是如何運轉的。（當然不是源碼解讀）
基本概念
git 對于文件的存儲位置進行了3層分割，用于不同狀態下的文件。我們可以理解為3個箱子。
- Work Directory
- Index/Stage
- Git Directory
Work Directory（俗稱工作區）
工作區就是我們文件正常編輯的地方，我們在這進行代碼的編寫。當我們完成之后，我們會發現我的的 cli 會提示我們這些文件被修改，從而方便我們區分哪些文件被修改了，哪些沒有被修改。
Index/Stage（暫存區）
暫存區就是我們在執行了 git add 之后，文件存放的地方，說明這些文件準備進行提交了。之所以有這么個地方，就是能夠將需要提交的內容進行一次性提交，從而避免了每次提交都存在歧義的情況。同時也方便我們對將要提交的地方進行調整。
Git Directory
Git 的區域，用于將歷史記錄進行統一的進行管理。方便后續迭代的時候進行一定的調整。git 中使用文件的形式進行管理。
前面所說可能比較抽象，用一個簡單的話來說，當我們大腦中有一個好的 idea 的時候，我們的大腦就是一個 work directory，這個時候為了避免忘記，或者它丟失，我們需要將他用筆寫下來，這個時候紙就是 Index/Stage。同時我們會進行不斷的思考，那么就是不斷的修改 work directory 的內容，并不斷 add 到 Index/Stage 當中。當這個 idea 整理清楚的時候，我們需要將這張紙整理起來，就像是放到檔案室，這個時候檔案室就是我們的 Git Directory。
Git 基本對象
說完這些，就可以進入我們的正題了。
Git 實際上有自己對于對象的定義。 Git 當中存在 3種對象，blob，tree，commit。而所有對象都有自己的身份標記 —— SHA-1碼。（對于 SHA-1 的解釋可以參見維基百科）
blob
blob 就是我們所說的簡單文件，在谷歌中的翻譯 blob 指的是大的二進制文件。在 git 中你可以認為他就是文件對象。
tree
既然有了文件對象，那么需要對于文件對象進行層級排列。這個時候就需要引入 tree 的概念了。Git 模仿了 Unix 的文件管理體系，不過他沒有系統的那么沉重，相對而言更加輕量級，僅僅包含了里面有哪些文件。
commit
當文件結構已經確定了，剩下的就是將這些內容進行提交了。每次當我們將 tree 提交的時候，就創建了一個 commit，而有 SHA-1 的 commit 便決定了 Git 的整個體系，能夠通過 SHA-1 進行追蹤。
在清楚了上面的幾個關鍵點之后，就可以進入我們的正題了。從我們創建 git 到提交完成整個工程，具體發生了些什么。
深入理解 Git
創建 git
當我們完成了 git init 之后，我們創建了一個包含了 .git 的文件目錄
? test git:(master) la total 0 drwxr-xr-x 10 zkhcreator staff 320B Jan 31 18:40 .git 復制代碼這個時候我們會發現 .git 文件下的結構如下：（附帶功能描述）
.git ├── HEAD （用于管理 HEAD 所在的位置） ├── branches （有哪些分支） ├── config （配置文件） ├── description （對于這個工程的描述文件） ├── hooks (本地的 git 的所有鉤子的配置) │?? ├── applypatch-msg.sample │?? ├── commit-msg.sample │?? ├── fsmonitor-watchman.sample │?? ├── post-update.sample │?? ├── pre-applypatch.sample │?? ├── pre-commit.sample │?? ├── pre-push.sample │?? ├── pre-rebase.sample │?? ├── pre-receive.sample │?? ├── prepare-commit-msg.sample │?? └── update.sample ├── info │?? └── exclude (用于在 git 層面告知 git 哪些文件不需要進行版本控制) ├── objects (所有 git 對象) │?? ├── info （git 對象的信息，對象以及他的 SHA-1 存儲的地方） │?? └── pack （git 執行 gc 操作打包后的存儲地） └── refs （所有引用(references)的地方）├── heads （所有分支頭所在的位置）└── tags （所有標簽所在的位置） 復制代碼上圖的文件樹結構構成了一個簡單的 git
創建 blob
按照往常的思路，我們需要創建文件并執行 git add filename 但是這里我們不用這些高級命令，轉而使用低級命令。
首先我們創建一個文件 echo 'test1' | git hash-object -w --stdin 這樣就創建完成了一個文件，其中 -w 直接將數據寫入數據庫（準確的說是文件當中，因為 git 沒有數據庫這個概念，都是以文件進行存儲的）當中，--stdin 表示使用標準輸入輸出數據流格式進行讀取。
此時我們會發現他返回了一條 SHA-1: a5bce3fd2565d8f458555a0c6f42d0504a848bd5，同時再次打印我們 .git 中的文件路徑，我們會發現他的 objects 路徑下多了 a5/bce3fd2565d8f458555a0c6f42d0504a848bd5 這樣的一個文件，這個和生成的 SHA-1 有一些微妙的聯系，實際上 git 取了 git 的前兩位作為一級目錄，并將后面的位數作為文件名。
如果我們嘗試去打開這個文件，我們會發現他是一堆亂碼，因為 git 已經幫我轉我一次了，如果需要讀取里面的內容，我們需要使用 git cat-file -p a5bce3fd2565d8f458555a0c6f42d0504a848bd5 去進行展示，很明顯，他就會輸出我們剛剛通過數據流輸入輸出的 test1。上面命令中的 git cat-file -p 就是用來打印 SHA-1 對象的實際內容。
有人可能會說，我們 git 不都是添加文件的么？你這樣直接寫數據庫算什么？
那我們來新建一個文件來重復以上操作。我們執行以下命令
$ echo "version 1" > just_for_test.txt $ git hash-object -w just_for_test.txt 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 復制代碼這個時候我們發現又多了一個文件 .git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30，然后我們再執行一次寫入操作，嘗試去修改里面的內容
echo "version 2" > just_for_test.txt git hash-object -w just_for_test.txt 1f7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a 復制代碼這個時候我們會發現，結構路徑除了我們剛剛生成的 83baae61(為了方便理解，取前幾位)，還有一條新的 .git/objects/1f/7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a。很明顯，文件更新的情況，已經被寫入到 git 的文件中。
但是我們執行 git status 會發現，文件還沒有提交，說明 git 在添加到 commit 前，會將文件進行緩存。（不過什么時候進行存儲數據庫的，可能需要看下源碼）
既然已經有了 sha-1 并且我們已經將文件存儲到數據庫，這個時候我們做數據恢復操作就很簡單了。只需要執行 git cat-file -p 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 > test.txt 即可將前面的 version 1 恢復到文件目錄當中。
這個時候如果我們重新執行 git has-object -w just_for_test.txt 我們會發現目錄結構沒有發生改變，因為 git 對于文件進行存儲是基于文件內部的內容的，和其他的東西并無關系。
前面提到，git 當中總共有3種類型，但是 SHA-1 是通的，所以，有時候我們需要確認對應的 SHA-1 是什么類型，我們就可以使用 git cat-file -t SHA-1 進行打印，很明顯，這個文件是 blob 對象。
創建 tree
如果單純的文件，肯定是不能構成樹目錄的，就像我們腦子中的點子，順序很亂，只有當我們寫下來的時候，才能將它的順序理清楚。所以只有當需要提交到 stash 才能確定誰再哪。
那么我們需要首先給文件提供一個暫存，故需要執行 git update-index --add --cacheinfo 100644 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 just_for_test.txt 將在數據庫當中指定的文件進行存儲到暫存區。--add 標識將工作區域的文件注冊到暫存區當中，但是如果已經添加，則不會重復添加。--cacheinfo 標識需要添加的數據的詳細信息，比如說添加指定文件，以及他們的權限。**其中的文件名是放到緩存中的文件名，一般我們通過 add 進去的 work directory 和 stage 是一致的，但是可以手動指定不同，SHA-1 用來確定文件的內容具體是啥。**此時我們執行 git status 會發現，文件已經被添加到暫存區了。
然后通過 git write-tree 將當前暫存區域的對象寫到樹對象當中。這個時候我們會發現它又給了我們一個 SHA-1：ffb66e4709bf8e9c0b101e63c6dbea3780293ff3 這個是生成的樹對象的標識符，我們可以通過 git cat-file -t SHA-1 來獲得它的類型就是我們想要的 tree。 當然通過搜索 $ find .git/objects/ff 也能在 objects 中很容易找到我們需要的文件。
那么樹對象能進行嵌套么？答案當然是肯定的。
我們可以通過 git read-tree --prefix=bak ffb66e4709bf8e9c0b101e63c6dbea3780293ff3 來將原有的 tree 進行備份到當前的 tree 下面，由于老的 tree 是 object 對象，所以當你讀取出來之后，你在 git status 下你會發現他被寫入暫存區了，但是在 work directory 當中是需要刪除的，也就是這個文件本身是不存在的，這都是因為無中生有，或者說強制讀取對象的造成的。
創建 commit
既然完成了 stage 的寫入，最后一步就是需要將當前的 tree 進行提交，并創建提交對象。這時候只需要執行 echo "first commit" | git commit-tree f9b1ec32e2c3b591a72aeec583da3dced8eaa2aa 這個時候，我們通過 git log 會發現，我們已經提交了 commit。但是 git status 還是有文件沒有更新。這個原因也很簡單，就是因為我們沒有創建分支，這就導致 commit 不知道該提交到哪里。 只需要 git branch new_branch_name $(echo "commit message" | git commit-tree f9b1ec32e2c3b591a72aeec583da3dced8eaa2aa) 即可。
最后
當我們提交完上面的操作之后，也就是完成了我們最基本的常用命令的底層的操作。這個時候我們重新打印下我們的 .git 文件。會發現里面多了好多東西，除了我們自己的 objects 還有很多剛剛注釋里面提到的，但是文章當中沒有提到的內容。 比如說:
- COMMIT_EDITMSG：最近一次 commit 的內容
- HEAD：當前的頭的位置，ref: refs/heads/master 即引用的位置為 refs/heads/master 文件夾中的內容。
- INDEX：放置過 index 之后，即執行 git update-index 之后 index 的內容，編碼過后的文件，不能容易的看懂。
- logs/HEAD：HEAD 切換的日志文件。
- logs/refs/heads/master： master 的 git 修改日志情況。左邊為 0，右邊有值壽命這個是新添加的。相反右邊為 0說明文件是移除的。同時數字前4位標識所有內容長度的十六進制數，主要方便上傳下載的智能協議的同步操作。具體內容可見 Git 傳輸協議
- refs/heads/master：當前這個 master 對應的提交對象的 SHA-1 值。
- refs/tags：對應 tag 的指向的提交對象的 SHA-1 值存儲的地方。
最后的最后
當然其中還存在 objects/info 和 objects/pack 這兩個。你可以嘗試在工程中執行 git gc 來對當前內容進行整理。你會發現文件當中的 objects/ 目錄下干凈了很多，僅僅留下了 objects/info/packs 和 objects/pack 。這個時候實際上 git 將你的文件進行了打包操作，從而減少了整個工程的體積。路徑中的 pack-SHA1.idx 就是這個包的索引，里面包含了打包之后的文件信息（主要用于上傳下載的過程中的不常用的文件索引，可以通過 git verify-pack -v .git/objects/pack/pack-978e03944f5c581011e6998cd0e9e30000905586.idx 進行查看文件目錄），pack-SHA1.pack 則是壓縮的 git 對象的集合。對于細節想了解的同學可以查看官網的Git 內部文件。
總結
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