提及Git，相信你们都很熟悉了，毕竟做为程序猿，天天的业余时间除了吃饭睡觉就是逛一下全世界最大的开（tong）源（xing）代（jiao）码（you）网站GitHub了。在那里Git是每一个人所要具有的最基本的技能。今天咱们不聊Git的基本应用，来聊一聊Git的原理。<!-- more -->git
Git给本身的定义是一套内存寻址文件系统，当你在一个目录下执行git init命令时，会生成一个.git目录，它的目录结构是这样的：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目录已经再也不使用，description文件仅供GitWeb程序使用，config文件保存了项目的配置。微信
须要咱们重点关注的是HEAD和index文件以及objects和refs目录。其中index中保存了暂存区的一些信息，这里不作过多介绍。app
objects目录
这个目录是用来存储Git对象的（包括tree对象、commit对象和blob对象），对于一个初始的Git仓库，objects目录下只有info和pack两个子目录，并无常规文件。随着项目的进行，咱们建立的文件，以及一些操做记录，都会做为Git对象被存储在这个目录下。ide
在该目录下，全部对象都会生成一个文件，而且有对应的SHA-1校验和，Git会建立以校验和前两位为名称的子目录，并以剩下的38位为名称来保存文件。post
接下来让咱们一块儿看一下当咱们进行一次提交时，Git具体作了哪些事情。学习
$ echo 'test content'>test.txt
$ git add .
执行上述命令后，objects目录结构以下：网站
.git/objects/
├── d6
│ └── 70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
├── info
└── pack
这里多了一个文件夹，如上面所述，这个就是Git为咱们建立的一个对象，咱们可使用底层命令来看一下这个对象的类型以及它存储的是什么。ui
$ git cat-file -t d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
blob
$ git cat-file -p d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
test content
能够看到，这是一个blob对象，存储内容就是咱们刚刚建立的文件的内容。接下来继续执行提交操做。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
此时objects目录下又多了两个对象。再用cat-file命令来查看一下这两个文件。
$ 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
能够看到一个是commit对象，一个是tree对象。commit对象一般包括4部份内容：
工做目录快照的Hash，即tree的值
提交的说明信息
提交者的信息
父提交的Hash值
因为我是第一次提交，因此这里没有父提交的Hash值。
tree对象能够理解为UNIX文件系统中的目录，保存了工做目录的tree对象和blob对象的信息。接下来咱们再来看一下Git是如何进行版本控制的。
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将没有改变的文件的Hash值直接存入tree对象，对于有修改的文件，则会生成一个新的对象，将新的对象存入tree对象。咱们再来看一下commit对象的信息。
$ 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
此时的commit对象已经有parent信息了，这样咱们就能够顺着parent一步步往回进行版本回退了。不过这样是比较麻烦的，咱们通常习惯用的是git log查看提交记录。
refs目录
在介绍refs目录以前，咱们仍是先来看一下该目录结构
$ tree .git/refs/
.git/refs/
├── heads
│ └── master
└── tags
2 directories, 1 file
$ cat .git/refs/heads/master
5333a759c4bdcdc6095b4caac19743d9445ca516
在一个刚刚被初始化的Git仓库中，refs目录下只有heads和tags两个子目录，因为咱们刚刚有过提交操做，因此git为咱们自动生成了一个名为master的引用。master的内容是最后一次提交对象的Hash值。看到这里你们必定在想，若是咱们对每次提交都建立一个这样的引用，不就不须要记住每次提交的Hash值了，只要看看引用的值，复制过来就能够退回到对应版本了。没错，这样是能够方便的退回，可是这样作的意义不大，由于咱们并不须要频繁的退回，特别是比较古老的版本，退回的几率更是趋近于0。Git用这个引用作了更有意义的事，那就是分支。
当我新建一个分支时，git就会在.git/refs/heads目录下新建一个文件。固然新建的引用仍是指向当前工做目录的最后一次提交，通常状况下咱们不会主动去修改这些引用文件，不过若是必定要修改，Git为咱们提供了一个update-ref命令。能够改变引用的值，使其指向不一样的commit对象。
tags目录下的文件存储的是标签对应的commit，当为某次提交打上一个tag时，tags目录下就会被建立出一个命名为tag名的文件，值是这次提交的Hash值。
HEAD
新建分支的时候，Git是怎么知道咱们当前是在哪一个分支的，Git又是如何实现分支切换的呢？答案就在HEAD这个文件中。
$ cat .git/HEAD
ref: refs/heads/master
$ git checkout test
Switched to branch 'test'
$ cat .git/HEAD
ref: refs/heads/test
很明显，HEAD文件存储的就是咱们当前分支的引用，当咱们切换分支后再次进行提交操做时，Git就会读取HEAD对应引用的值，做为这次commit的parent。咱们也能够经过symbolic-ref命令手动设置HEAD的值，可是不能设置refs之外的形式。
Packfiles
到这里咱们在文章开头所说的重点关注的目录和文件都介绍完毕了。可是做为一个文件系统，还存在一个问题，那就是空间。前文介绍过，当文件修改后进行提交时，Git会建立一份新的快照。这样长久下去，一定会占用很大的存储空间。而比较古老的版本的价值已经不大，因此要想办法清理出足够的空间供用户使用。
好消息是，Git拥有本身的gc（垃圾回收）方法。当仓库中有太多松散对象时，Git会调用git gc命令（固然咱们也能够手动调用这个命令），将这些对象进行打包。打包后会出现两个新文件：一个idx索引文件和一个pack文件。索引文件包含了packfile的偏移信息，能够快速定位到文件。打包后，每一个文件最新的版本的对象存的是完整的文件内容。而以前的版本只保存差别。这样就达到了压缩空间的目的。
Ending
Pro Git。
本文分享自微信公众号 - 代码洁癖患者（Jackeyzhe2018）。
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