Git 思想和工作原理

從根本上來講，Git是一個內容尋址文件系統，並在此之上提供了一個版本控制系統的用戶界面，它是一個非常強大且易用的工具，理解Git的工作原理，能夠幫助我們更容易學習和使用Git。

本文不會像書籍里那樣，一條條討論checkout、branch、remote等諸如此類動詞形式的高層命令和底層命令，本文主要從宏觀方向傳達Git的思想和工作原理，能夠使初學者更加理解，更利於學習。

git

直接記錄快照，而非差異比較

Git 和其他版本控制系統的主要差別在於，Git 只關心文件數據的整體是否發生變化，而大多數其他系統則只關心文件內容的具體差異。這類系統（CVS，Subversion，Perforce，Bazaar 等等）每次記錄有哪些文件作了更新，以及都更新了哪些行的什么內容：

其他系統在每個版本中記錄着各個文化的具體差異

Git 並不保存這些前后變化的差異數據。實際上，Git 更像是把變化的文件作快照后，記錄在一個微型的文件系統中。每次提交更新時，它會縱覽一遍所有文件的指紋信息並對文件作一快照，然后保存一個指向這次快照的索引。為提高性能，若文件沒有變化，Git 不會再次保存，而只對上次保存的快照作一鏈接。Git 的工作方式就如下圖所示。

Git保存每次更新時的文件快照

這是 Git 同其他系統的重要區別。它完全顛覆了傳統版本控制的套路，並對各個環節的實現方式作了新的設計。Git 更像是個小型的文件系統，但它同時還提供了許多以此為基礎的超強工具，而不只是一個簡單的 VCS。

工作區和暫存區

Git 和其他版本控制系統的一個不同之處就是有暫存區的概念。

工作區(Working Directory)

在電腦中能看到的目錄，比如我建立的gittest就是一個工作區

工作區

版本庫(Repository)

工作區中的隱藏目錄.git，就是Git的版本庫。

工作區和版本庫

Git的版本庫里存了很多東西，其中最重要的就是稱為stage（或者叫index）的暫存區，還有Git為我們自動創建的第一個分支master，以及指向master的一個指針叫HEAD。

回憶在我上一篇博客中提到的將文件添加到版本庫的流程圖：

將文件添加到版本庫

通過以上兩幅圖不難看出，需要提交的文件經過add后先都放到暫存區index(或者叫stage)中，然后經過commit指令，一次性提交暫存區的所有修改到head。一旦提交后，暫存區清空，同時若對工作區沒有做任何修改，那么工作區就是干凈的(working directory clean)

文件的三種狀態

對任何一個文件，在Git內都有三種狀態：

• 已提交(committed)：表示該文件已經被安全的保存在本地數據庫中了
• 已修改(modified)：表示修改了某個文件，但還沒有提交保存
• 已暫存(staged)：表示把已修改的文件放在下次提交時要保存的清單中

文件流轉圖

所謂的暫存區域只不過是個簡單的文件，一般都放在 Git 目錄中。有時候人們會把這個文件叫做索引文件，不過標准說法還是叫暫存區域。

我們可以從文件所處的位置來判斷狀態：

• Git 目錄中保存着的特定版本文件----->已提交狀態
• 作了修改並已放入暫存區域----->已暫存狀態
• 自上次取出后，作了修改但還沒有放到暫存區域----->已修改狀態

重要的 .git 目錄

當一個新目錄或已有目錄執行git init時，Git會創建一個.git目錄。這個目錄包含了幾乎所有Git存儲和操作的對象。若想備份或復制一個版本庫，只需把這個目錄拷貝至另一處即可。對於一個全新的版本庫，該目錄結構如下所示：

目錄結構圖

• description文件：僅供GitWeb程序使用
• config文件：包含項目特有的配置選項
• info目錄：包含一個全局性排除(global exclude)文件，用以放置那些不希望被記錄在 .gitignore文件中的忽略模式(ignored patterns)
• hooks目錄：包含客戶端或服務端的鈎子腳本(hook scripts)
• HEAD文件：指示目前被檢出的分支
• index文件：保存暫存區信息
• objects目錄：存儲所有數據內容
• refs 目錄：存儲指向數據（分支）的提交對象的指針

關於Git底層命令和高層命令的原理討論，很大一部分都在這個目錄中，要想了解具體的原理，可以看這本書，這里僅僅列出了每部分的功能，有個大體了解。

基本的 Git 工作流程

1. 在工作目錄中修改某些文件。
2. 對修改后的文件進行快照，然后保存到暫存區域。
3. 提交更新，將保存在暫存區域的文件快照永久轉儲到 Git 目錄中。

分析 Git 命令

有了上述介紹，我們可以對 Git 的命令有更深的理解，這里以將文件添加到代碼庫為例進行分析：我們都知道需要兩步，第一步add，第二步commit，但為什么要分兩步呢？每一步都做了什么呢？

 

（1）git commit -a：相當於運行 git add 把所有當前目錄下的文件加入暫存區域再運行 git commit
（2）git commit <file_name>：進行一次包含最后一次提交加上工作目錄中文件快照的提交，並且文件被添加到暫存區域
（3）git checkout HEAD -- <file_name>：回滾到復制最后一次提交

作者：sunnyaxin
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來源：簡書
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