Git幕后的“故事”

因为做操作系统实验的原因，所以通读了一遍《Understanding git conceptually》，觉得确实不错，于是就简单地记录一下。有的地方理解的还不是很深，可能不够准确，等抽时间好好读一下《Pro Git》。

作者开篇说到：仅仅记住在什么时候用什么命令是不够的，出问题只是早晚的事。只有理解了Git的工作原理，才算真正学会Git。遗憾的是大部分网上的教程都只是教你在何时使用哪个命令，然后让你去模仿。说得这么好，那就看看作者这篇教程是否把Git的工作原理讲清楚了。注意：以下1.2.1到1.2.3都是本地化操作，不要看到仓库、分支、合并等词语就以为一定是远程操作了，1.2.4才会讲到多人协同开发时的远程操作。

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1.Commit Object和Head

使用Git的目的当然就是管理项目文件的版本变化，在Git中保存所有管理信息的数据结构叫做仓库（Repository）。可以在一个文件夹中通过命令git init创建仓库。仓库保存在项目文件目录下的一个叫做.git的文件夹中，它由两部分组成：

• 提交对象（Commit object）：反映项目状态的一组文件、对父提交对象的引用、当前提交对象的SHA-1签名构成了提交对象。父提交对象的引用使得仓库的提交对象形成了一个有向无环图，我们可以一直遍历到第一次提交。每当我们要查询或操作仓库，都应该以如何操作commit object图的角度去思考。
• 对提交对象的引用（Head）：每个Head都有个名字，默认每个仓库都有个叫做master的Head。此外，指向当前活跃Head的引用叫做HEAD（二级引用）。

例如，下面就是提交三次后的对象图：

---->  time  ----->

(A) <-- (B) <-- (C)
                 ^
                 |
               master
                 ^
                 |
                HEAD

我们日常的工作流程一般如下，下面就从图的角度说明一下Git在背后到底做了什么：

1. 修改一些代码
2. git log查看历史记录：显示从HEAD到初始提交的所有提交日志。用log命令显示出每个提交对象的SHA-1签名，我们就能控制HEAD的移动。
3. git status查看修改文件列表：显示当前项目状态与HEAD发生变化的文件列表。
4. git diff比较修改内容：显示当前项目状态与HEAD发生变化的文件内容。
5. git commit -am "message"提交修改：创建提交对象，将HEAD作为父提交对象。提交完成后，HEAD将指向刚创建的新提交对象。-a参数相当于git add，自动将修改文件添加到提交列表里。

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2.Branching

下面说说Git中的分支（Branch）。在Git中，Branch与Head几乎是等同的。每个Branch都由一个Head来表示。所以，我们用Branch指分支的Head以及它的所有父对象构成的整个历史，用Head指单独一个提交对象，一般是分支中最近的提交。Git分支的最佳实践是：用分支实现新特性，保证master（主干）始终处于可发布的状态。Git用户经常会说：”commits are cheap”，当每个开发者都在自己的分支上提交时是不用担心任何东西的，因为你不会影响到其他人！

继续上面提交三次的那个例子，我们首先用git branch [new-head-name] [reference-to]命令新建一个Head。其中，HEAD^表示HEAD的父级，如果未提供提交对象的话，默认为HEAD。如果只是执行git branch则会列出所有Head：

git branch fix-headers HEAD^

(A) -- (B) ------- (C)
        |           |
   fix-headers    master
                    |
                   HEAD

要开始在新分支上工作，就要将新创建的Head设置为HEAD，可以通过git checkout [head-name]完成。注意：checkout不只会修改HEAD的指向，它还会重写文件夹中的所有文件来匹配新HEAD指向提交对象所表示的项目状态。所以，checkout之前最好提交所有修改。切换完成后，再提交后对象图就变成了下面的样子：

         +-------------- (D)
        /                 |
(A) -- (B) -- (C)         |
               |          |
             master  fix-headers
                          |
                         HEAD

现在继续看常用命令，脑海里一定从图的角度思考：

• git checkout [branch_name]切换分支：切换HEAD指向的位置
• git checkout -t [branch_name]新建分支

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3.Merging

当你在分支上完成开发时就需要将改动Merge回master，命令就是git merge [head]和git pull . [head]。假设当前Head叫做HEAD，分支Head叫做fix-headers，则Git的代码合并过程如下：

1. 找到HEAD和fix-headers的共同祖先，假设叫ancestor，先看两种简单情况：
   1.1 如果ancestor是fix-headers，则什么都不做
   1.2 如果ancestor是HEAD，则执行fast-forward-merge
2. 否则，比较出fix-headers在ancestor后的改动，将这些改动合并到HEAD
   2.1 如果没有冲突，则创建一个新的提交对象，以HEAD和fix-headers为父级，并将HEAD指向这个新对象，并更新项目文件
   2.2 如果有冲突，则不创建提交对象，插入冲突的标记，通知用户处理

fast-forward-merge的例子：
                +-- (D) -- (E)
               /            |
(A) -- (B) -- (C)           |
               |            |
            current     fix-headers
               |
              HEAD

执行`git merge fix-headers`合并之后的样子：
                +-- (D) -- (E)
               /            |
(A) -- (B) -- (C)           |
                            |
                    fix-headers, current
                                 |
                                HEAD

复杂情况下的合并例子：
         +---------- (D)
        /             |
(A) -- (B) -- (C) -------------- (E)
                      |           |
                 fix-headers    master
                                  |
                                 HEAD

执行`git merge fix-headers`合并之后的样子：
         +---------- (D) ---------------+
        /             |                  \
(A) -- (B) -- (C) -------------- (E) -- (F)
                      |                  |
                 fix-headers           master
                                         |
                                        HEAD

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4.协同开发

前面讲到过：Git的重要特点就是Repository与项目文件是保存在一起的，所以Git可以在无需连网的状态下正常工作。但是这也意味着不同的开发者在默认情况下是不共享Repository的。为了实现共享，Git使用分布式模型（Distribution Model）版本管理，既可以无中心化也可以有中心。

首先要访问你朋友的远程仓库就需要一个位置，叫做remote-specification，Git可以通过SSH、HTTP等协议对外提供访问。然后就可以通过git clone [remote-specification]下载远程仓库到本地了。除了简单的拷贝，Git会给远程Repository创建一个reference叫做origin，同时还会给每个Head新建一个Head，名字以”origin/”开头来区分：

远程仓库的样子：
                +---------------(E)
               /                 |
(A) -- (B) -- (C) -- (D)         |
                      |          |
                    master    feature
                      |
                     HEAD

你clone后的本地仓库是这个样子：
                +-------------- (E)
               /                 |
(A) -- (B) -- (C) -- (D)         |
                      |          |
     origin/master, master    origin/feature
                      |
                     HEAD

当远程仓库变化时，我们可以通过git fetch [remote-repository-reference]命令将改动抓取到本地，生成对应的提交对象，再用前面讲过的git pull [remote-repository-reference] [remote-head-name]进行合并。其实，pull命令也会自动进行fetch，所以平时我们直接使用pull就可以了。来看一个例子，假设你朋友在跟你一起开发，他本地的Repository变成了这个样子：

                +-------- (E) -- (F) -- (G)
               /                         |
(A) -- (B) -- (C) -- (D) -- (H)          |
                             |           |
                           master     feature
                             |
                            HEAD

在你执行fetch之后你的仓库是这个样子：
                +------------ (E) ------------ (F) ---- (G)
               /               |                         |
(A) -- (B) -- (C) -- (D) --------------- (H)             |
                      |        |          |              |
                    master  feature origin/master  origin/feature
                      |
                     HEAD

注意：你的Head并未受任何影响，变化的只是带有"origin/"的Head。
现在就用pull命令合并，更新你的master和feature，完成后你的仓库就成了这个样子：
                +-------- (E) ------------- (F) ----- (G)
               /           |                           |
(A) -- (B) -- (C) -- (D) ------------ (H)              |
                           |           |               |
                        feature  origin/master,  origin/feature
                                     master
                                       |
                                      HEAD

与之相反，将本地修改发送到远程仓库使用git push [remote-repository-reference] [remote-head-name]，远程仓库会负责提交对象的创建以及Head的合并移动等工作。要注意的是：向远程仓库push时，要求必须是fast-forward合并。

整理一下这部分的常用命令：

• git pull [remote-repository-reference] [remote-head-name]下载分支代码