我们中的许多人每天都在使用 git，但是有多少人知道它的内部是怎么运作的呢？
例如我们使用 git commit 时发生了什么？提交（commit）与提交之间保存的是什么？两次提交之间难道只是文件的差异（diff）吗？如果是，这个差异是如何编码的？还是说每次提交都会保存一个当前仓库的完整快照（snapshot）呢？我们使用 git init 时到底发生了什么？
发现一篇非常精彩的 Git 内部原理文章Git 内部原理图解——对象、分支以及如何从零开始建仓库，中文翻译。文章作者甚至制作了配套讲解视频
Git 对象
git 内部有三种对象：
- blob: 文件的内容，不包含 metadata 信息（创建时间，修改时间，作者等）
- tree: 一个目录，包含 blobs 或者 trees
- commit: a snapshot of the working tree，一个 tree 的快照
三种 git 对象都是通过 SHA-1 哈希值来唯一标识，如下图所示。每个 commit 对象中，对于 tree 里面那些没有改动的内容，继续通过原 hash 引用。
分支
A branch is just a named reference to a commit.
在上面的图片中，可以通过哈希值来引用一个 commit，但是不方便，所以分支用来引用 commit。可以理解为分支是一个指针，指向一个 commit，一般默认是指向最后一个 commit（也可以不是最后一个 commit）。
git 通过HEAD指针来确认当前所在分支。HEAD指针其实是.git目录下的一个HEAD文件，内容如下
> cat .git/HEAD
ref: refs/heads/master
git 如何记录变化
- repository 是一系列 commit 的集合
- working dir 是一个包含
.git的目录 - staging area 是存放那些被 git 跟踪但是没有 commit 的内容
三者的关系如下图所示
git 底层命令 (plumbing) 和上层命令 (porcelain)
区分 底层（plumbing）和 上层（porcelain）两类 git 命令会对你很有帮助。这两个术语的应用奇怪地来自于马桶（没错，就是🚽）。马桶通常是用陶瓷（porcelain）做的，它的基本结构是管道（plumbing，上水道和下水道）。
上层命令就是git init、git add、 git commit等，下面介绍一下底层命令。
# 创建git对象
>echo "git is awesome" | git hash-object --stdin -w
# 查看.git目录的变化
>tree .git
# 查看一个git object类型 -t type
>git cat-file -t [obj-hash]
# blob|tree|commit
# 查看一个git object内容 -p pretty-print
>git cat-file -p [obj-hash]
# 添加object到staging area
>git update-index --add --cacheinfo 100644 <blob-hash> <filename>
# 创建一个tree对象 在tree对象中记录index内容
>git write-tree
# 为tree对象创建一个commit对象
>git commit-tree <tree-hash> -m <commit message>
git 实际上是使用 SHA-1 哈希值的前两个字符作为目录的名字，剩余字符用作 blob 所在文件的文件名。
.git 目录
一个.git目录至少包含三个内容
✔ tree .git
.git
├── HEAD 当前指向分支，默认内容是 ref: refs/heads/main
├── objects git对象 blob、tree、commit的一种，其中对象的hash值前两个字符用于目录名，剩余的用于对象名
└── refs 分支和tag
└── heads 当前working dir所有分支 默认分支不展示，只有多于一个分支才会展示
添加一个文件并 commit，然后创建一个新分支，再次检查.git 目录
✔ tree .git
.git
├── HEAD
├── index
├── objects
│ ├── 8d
│ │ └── 0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f
│ ├── af
│ │ └── 7e0d93b83f49f601f5ef35edf5f9330fb4d7fd
│ └── c8
│ └── bcfef1da123a980537a5fa4cf9b7c4f387d451
└── refs
└── heads
├── main
└── test_branch
7 directories, 7 files
上面删除了 logs 目录，index 文件保存的是 staging area 信息。打印 objects 目录下的三个文件
✔ git cat-file -p 8d0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f
hello git
:~/code/temp (main)
✔ git cat-file -p c8bcfef1da123a980537a5fa4cf9b7c4f387d451
100644 blob 8d0e41234f24b6da002d962a26c2495ea16a425f file.txt
:~/code/temp (main)
✔ git cat-file -p af7e0d93b83f49f601f5ef35edf5f9330fb4d7fd
tree c8bcfef1da123a980537a5fa4cf9b7c4f387d451
author zhimoe <[email protected]> 1691313901 +0800
committer zhimoe <[email protected]> 1691313901 +0800
first commit
可以看到分别是一个 blob 对象（file.txt)、一个 tree 对象和一个 commit 对象，后者依次引用前者。
参考
文章里面提到了很多 git 内部原理和概念：
Git 内部原理 - 底层命令与上层命令
Git 内部原理 - Git 对象