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第五章 Git 内部原理 ​

5.0 引言 ​

本章相对独立，从底层出发带你了解 Git 内部是如何运作的。

你应该注意到本地仓库下有个名为 .git 的隐藏目录，本章将带你了解这个目录下的文件结构和内容。

命令操作说明：

  • 本章演示的命令是使用 win10 环境下的 git bash 工具；
  • '$' 符号所在行是演示命令；
  • 如有内容输出，会在 '$' 符号所在行的下面输出。

5.1 .git 的目录结构 ​

创建一个名为 test 的新仓库

shell
$ mkdir test
$ cd test
$ git init

新仓库会自动创建一个 .git 目录，该目录包含了几乎所有 Git 存储和操作内容。若想备份或复制一个版本库，只需将该目录拷贝至另一处即可。

目录结构如下（后续章节会对 * 开头 的目录详细介绍）：

bash
├── *config               配置信息(比如本地repo是否大小写敏感, remote端repo的url, 用户名邮箱等) 
├── description           无需关心（仅供GitWeb程序使用）
├── *HEAD                 目前被检出的分支
├── index                 保存暂存区信息
│
│
├── hooks/                钩子脚本（执行Git命令时自动执行一些特定操作）
├── info/                 包含一个全局性排除文件
│   └── exclude           放置不希望被记录在 .gitignore 文件中的忽略模式
├── logs/                 记录所有操作
├── *objects/             存储所有数据内容
│   ├── SHA-1/            保存git对象的目录（三类对象commit, tree和blob）
│   ├── info/
│   └── pack/             
└── *refs/                存储指向数据（分支、远程仓库和标签等）的提交对象的指针
    ├── heads/           
    ├── remotes/         
    └── tags/

5.2 objects 目录 —— 对象存储 ​

初始化仓库后：objects 目录下只有子目录 pack 和 info ，但均为空。

运行以下命令，创建两个文件并提交

shell
# 创建了 blob1
$ echo "version1" > test.txt
$ git add .

# 创建了 blob2
$ mkdir folder1
$ echo "file inside folder1" >folder1/file.txt
$ git add .

# 创建了 tree1, tree2和commit
$ git commit -m "test"
[master (root-commit) 67f0856] test
 2 files changed, 2 insertions(+)
 create mode 100644 folder1/file.txt
 create mode 100644 test.txt

此时查看 objects 目录，会发现新增了 5 个子目录。

bash
.git/objects
├── 40
│   └── fa006a9f641b977fc7b3b5accb0171993a3d31
├── 5b
│   └── dcfc19f119febc749eef9a9551bc335cb965e2
├── 67
│   └── f0856ccd04627766ca251e5156eb391a4a4ff8
├── 87
│   └── db2fdb5f60f9a453830eb2ec3cf50fea3782a6
├── ac
│   └── f63c316ad27e8320a23da194e61f45be040b0b
├── info
└── pack

让我们来学习一些知识点，来解答以下疑问。

bash
- 这些长串数字代表什么意思？
- 为什么突然多了5个子目录，分别代表什么呢？

（info和pack目录将在下一小节介绍）

知识点 ​

1. 什么是对象？

objects 目录下存储三种对象：数据对象（blob），树对象（tree）和提交对象（commit）。

5 个子目录的含义如下图所示：2 个 blob, 2 个 tree 和 1 个 commit

2. Git 如何存储对象？

  • Git 会根据对象内容生成一个 SHA-1 哈希值（称为该文件的校验和）

    例如：40fa006a9f641b977fc7b3b5accb0171993a3d31

  • 截取校验和的前两个字符 => 用于命名子目录

    例如：40

  • 校验和余下的 38 个字符 => 用于文件名

    例如：fa006a9f641b977fc7b3b5accb0171993a3d31

  • 将对象内容存储在 子目录/文件名 内

3. [小拓展] 如何查看对象的存储内容

可以根据校验和，查看存储的内容及对象类型

shell
# 查看文件类型
$ git cat-file -t 40fa006a9f641b977fc7b3b5accb0171993a3d31
blob

# 查看文件内容
$ git cat-file -p 40fa006a9f641b977fc7b3b5accb0171993a3d31
file inside folder1

5.3 objects 目录 —— 包文件的存储机制 ​

Git 默认保存文件快照，即保存每个文件每个版本的完整内容。但假设只更改了某大文件中的一个字符，保存两次全部内容是不是有点低效？

Git 最初向磁盘存储对象时采用 " 松散 " 对象格式；但为了节省空间和提高效率，Git 会时不时将多个对象打包成一个称为 " 包文件 "。

当版本库中有太多的 " 松散 " 对象，或者手动执行 git gc 命令，或者向远程服务器执行推送时，Git 都会进行打包。

运行以下命令，手动打包

shell
$ git gc
Enumerating objects: 113, done.
Counting objects: 100% (113/113), done.
Delta compression using up to 8 threads
Compressing objects: 100% (92/92), done.
Writing objects: 100% (113/113), done.
Total 113 (delta 15), reused 102 (delta 13), pack-reused 0

此时查看 objects 目录，会发现很多子目录不见了，而 info 和 pack 目录非空。

bash
.git/objects
├── info
│   ├── commit-graph
│   └── packs
└──  pack
    ├── pack-XXX.idx
    └── pack-XXX.pack
  • 包文件 pack-XXX.pack：包含了刚才从文件系统中移除的所有对象的内容；
  • 索引文件 pack-XXX.idx：包含了包文件的偏移信息。通过索引文件可以快速定位任意一个指定对象

5.4 refs 目录 —— 引用 ​

Git 把一些常用的 SHA-1 值存储在文件中，用文件名来替代，这些别名就称为引用。有三种引用类型：heads, remotes 和 tags。

运行以下命令，更新 refs 目录下的内容

shell
# 基于当前commit创建新分支test
git branch test

# 基于commit打tag
git tag -a v1.0 <commitId>

# 连接远程仓库
git remote add origin https://github.com/datawhalechina/faster-git.git
git fetch

# 本地修改文件，然后运行git stash
echo "version2" > test.txt
git stash

此时查看 refs 目录，内容如下

bash
.git/refs
├── heads         记录本地分支的最后一次提交
│   ├── master
│   └── test
├── remotes       记录远程仓库各分支的最后一次提交
│   └── origin
│         └── main
├── tags
│   └── v1.0
└── stash

5.4.1 HEAD 引用 ​

HEAD 引用有两种类型

存储位置指代内容文件内容
分支级别.git/refs/heads 目录下本地分支的最后一次提交 - 有多少个分支，就有多少个同名的 HEAD 引用commitHash
代码库级别.git/HEAD 文件指代当前代码所处的分支；拓展：也可指代 commitHash（称为 分离HEAD）符号引用 - 例如 ref: refs/heads/master

5.4.2 远程引用 ​

  • 存储位置： .git/refs/remotes 目录下
  • 指代内容：远程仓库各分支的最后一次提交
  • 注意点：用于记录远程仓库；文件是只读的，乱改就崩了

5.4.3 标签引用 ​

tag 主要用于发布版本的管理：一个版本发布之后，我们可以为 git 打上 v1.0 v2.0 … 这样的标签

  • 存储位置：.git/refs/heads 目录下
  • 指代内容：tag 可以指向任何类型（更多的是指向一个 commit，赋予它一个更友好的名字）
  • 文件内容：SHA-1 值

5.4.4 stash ​

  • 存储位置：.git/refs/stash 文件
  • 指代内容：当你想转到其他分支进行其他工作，又不想舍弃当前修改的代码时 - stash 可把当前的修改暂存起来

5.5 config 文件 —— 引用规范 ​

运行以下命令，连接远程仓库

shell
git remote add origin https://github.com/datawhalechina/faster-git.git
git fetch

此时查看 .git/config 文件，会发现新添加了一段小节：

bash
[remote "origin"]
	url = https://github.com/datawhalechina/faster-git.git
	fetch = +refs/heads/*:refs/remotes/origin/*

引用规范由 git remote add origin 命令自动生成

  • 获取远端 refs/heads/ 下的所有引用
  • 将其写入本地的 refs/remotes/origin/ 中
  • 更新本地的 .git/config 文件

一些常用命令：

命令
连接远程仓库git remote add <远端名origin> <url>
拉取分支git fetch <远端名origin> <远端分支名>:<本地分支名>
将远程的 main 分支拉到本地的 mymaster 分支git fetch origin main:mymaster
将本地的 master 分支推送到远端的 topic 分支git push origin master:topic
删除远端分支 topic法 1：将<src>留空
git push origin :topic
法 2：Git v1.7.0 新语法
git push origin --delete topic

5.6 config 文件 —— 环境变量 ​

Git 有三种环境变量：

1）系统变量

  • 适用范围：对所有用户都适用
  • 命令选项：git config --system

2）用户变量

  • 适用范围：只适用于该用户
  • 命令选项：git config --global

3）本地项目变量

  • 适用范围：只对当前项目有效
  • 命令选项：git config --local
  • 存储位置：.git/config

一些常用命令：

命令
查看所有配置git config --list
配置用户名git config --global user.name "你的用户名"
配置邮箱git config --global user.email "你的邮箱"

5.7 小练习 ​

5.7.1 远端分支推送 ​

Tom 想把自己的本地分支 feature1（当前也为 HEAD ），推送到远端分支的 feature，应当执行什么命令？

bash
A. git push origin/feature1:feature
B. git push origin feature1:feature
C. git push origin HEAD:feature
D. git push origin :feature

5.7.2 邮箱配置 ​

Tom 工作在多个 Git 项目上，大部分属于公司的项目，都是使用他的工作邮箱提交。

今天他新建了一个私人项目，想使用私人邮箱进行提交。他运行什么命令更合适呢？

bash
A. git config --system user.email "tom@私人邮箱"
B. git config --global user.email "tom@私人邮箱"
C. git config --local user.email "tom@私人邮箱"
D. 以上选项都可以

5.7.1 答案：B C

5.7.2 答案：C 只对当前项目有效

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