Git（四）底层命令：git对象、树对象、提交对象

ACGkaka_2023-10-28 9:22

目录

    • 一、知识回顾
      • [1.1 Linux 基础命令](#1.1 Linux 基础命令)
      • [1.2 .git 文件夹解析](#1.2 .git 文件夹解析)
    • [二、git 对象（数据对象）](#二、git 对象（数据对象）)
      • [2.1 hash-object 存储对象](#2.1 hash-object 存储对象)
      • [2.2 cat-file 查看对象](#2.2 cat-file 查看对象)
    • 三、树对象
      • [3.1 ls-files 查看暂存区](#3.1 ls-files 查看暂存区)
      • [3.2 update-index 创建暂存区](#3.2 update-index 创建暂存区)
      • [3.3 write-tree 生成树对象](#3.3 write-tree 生成树对象)
      • [3.4 更新暂存区，生成第二棵树](#3.4 更新暂存区，生成第二棵树)
      • [3.5 read-tree 树A加入树B，生成第三棵树](#3.5 read-tree 树A加入树B，生成第三棵树)
      • [3.6 查看树对象](#3.6 查看树对象)
    • 四、提交对象
      • [4.1 commit-tree 创建提交对象](#4.1 commit-tree 创建提交对象)
      • [4.2 查看提交对象](#4.2 查看提交对象)
      • [4.3 创建第二次提交对象](#4.3 创建第二次提交对象)
    • 五、总结

一、知识回顾

1.1 Linux 基础命令

在开始学习 Git 的底层命令之前，我们先来回顾一下 Linux 的基础命令：

  • clear：清除屏幕。

  • echo 'test content'：将信息输出到控制台。

  • echo 'test content' > test.txt：将信息输出到 test.txt 文件中。

  • ll：查看当前目录下的文件详细信息。

  • find 目录名：查看对应目录下的子孙目录和文件。

  • find 目录名 -type f：查看对应目录下的子孙文件。

  • rm 文件名：删除文件

  • mv 文件名A 文件名B：移动、重命名文件A为文件B。

  • cat 文件名：查看文件内容。

  • vim 文件名：查看、编辑文件。

    按 i 进入插入模式，进行文件的编辑；

    按 Esc 退出插入模式；

    输入 :q! 强制退出（不保存）；

    输入 :wq 写入退出；

    输入 :set nu 查看行号。

1.2 .git 文件夹解析

.git 文件夹内容如下：

二、git 对象（数据对象）

Git 的核心部分是一个简单的 键值对数据库。我们可以向该数据库插入任意类型的内容，它会返回一个键值，通过该键值可以在任意时刻再次取回该内容。我们根据在数据库中存储的数据类型进行了如下分类：

数据类型 对象类型
blob git 对象（数据对象）
tree 树对象
commit 提交对象

2.1 hash-object 存储对象

git hash-object 命令可将任意数据保存于 .git/objects 目录（即 对象数据库），并返回指向该数据对象的唯一键值。

  • -w 选项会指示该命令不要只返回键，还要将该对象写入数据库中。
  • --stdin 选项则指示该命令从标准输入读取内容；若不指定此选项，则在命令尾部给出带存储文件的路径。

示例一：echo 'test content' | git hash-object -w --stdin

示例二：git hash-object -w test.txt

向数据库写入内容，并返回对应键值：

首先，我们需要初始化一个新的 Git 版本库，并确认 .git/objects 目录不包含文件：

shell 复制代码 
# 初始化新仓库
$ git init test
Initialized empty Git repository in /tmp/test/.git/
# 进入目录
$ cd test
# 查看目录和文件
$ find .git/objects
.git/objects
.git/objects/info
.git/objects/pack
# 确认 objects 目录中不包含文件
$ find .git/objects -type f

可以看到 Git 对 objects 目录进行了初始化，并创建了 pack 和 info 子目录，但均为空。接着，我们用 git hash-object 创建一个新的数据对象并将它手动存入新 Git 数据库中：

shell 复制代码 
$ echo 'test content' | git hash-object -w --stdin
d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4

在这种最简单的形式中，git hash-object 会接受你传给它的东西，而它只会返回可以存储在 Git 仓库中的唯一键。

git hash-object 命令输出一个长度为 40 个字符的校验和。这是一个 SHA-1 哈希值------一个将带存储的数据外加一个头部信息（header）一起做 SHA-1 校验运算而得的校验和。现在我们查看 Git 是如何存储数据的：

shell 复制代码 
$ find .git/objects -type f
.git/objects/d6/70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4

如果再次查看 objects 目录，那么可以在其中找到一个与新内容对应的文件。这就是开始时 Git 存储内容的方式------一个文件对应一条内容，以改内容加上特定头部信息一起的 SHA-1 校验和为文件命名。校验和的前两个字符用于命名子目录，余下的 38 个字符用作文件名。

2.2 cat-file 查看对象

cat-file 命令可以从 Git 那里取回存储在对象数据库中的内容。

  • -p 选项可指示该命令自动判断内容的类型，并为我们显示大致的内容。
  • -t 选项可显示内部存储的对象类型。
shell 复制代码 
$ git cat-file -p d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
test content

至此，我们已经掌握了如何向 Git 中存入内容，以及如何将它们取出。我们同样可以将这些操作应用与文件中的内容。例如，可以对一个文件进行简单的版本控制。首先，创建一个新文件并将其内容存入数据库：

shell 复制代码 
$ echo 'version 1' > test.txt
$ git hash-object -w test.txt
83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

接着，向文件里写入新内容，并再次将其存入数据库：

shell 复制代码 
$ echo 'version 2' > test.txt
$ git hash-object -w test.txt
1f7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a

对象数据库记录下了该文件的两个不同版本，当然之前我们存入的第一条内容也还在：

shell 复制代码 
$ find .git/objects -type f
.git/objects/1f/7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a
.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30
.git/objects/d6/70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4

现在可以再删掉 test.txt 的本地副本，然后用 Git 从对象数据库中取回它的第一个版本：

shell 复制代码 
$ git cat-file -p 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 > test.txt
$ cat test.txt
version 1

或者取回第二个版本：

shell 复制代码 
$ git cat-file -p 1f7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a > test.txt
$ cat test.txt
version 2

然而，记住文件的每一个版本所对应的 SHA-1 值并不现实；另一个问题是：再这个简单的版本控制系统中，文件名并没有被保存------我们仅保存了文件的内容。上述类型的对象我们称之为 数据对象（blob object） 。利用 git cat-file -t 命令，我们就可以根据对象的 SHA-1 值获取 Git 内部存储的对象类型。

shell 复制代码 
$ git cat-file -t 1f7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a
blob

问题：

  1. 记住文件的每一个版本所对应的 SHA-1 值并不现实。
  2. 在 Git 中，我们仅保存了文件内容，文件名没有被保存。

解决方案：树对象

三、树对象

树对象（tree object），它能解决文件名保存的问题，也允许我们将多个文件组织到一起。Git 以一种类似于 UNIX 文件系统的方式存储内容，但做了些许简化。所有内容均以树对象和数据对象**（git对象）的形式存储，其中树对象对应了 UNIX 中的目录项，数据对象（git对象）**则大致上对应了 inodes 或文件内容。一个树对象包含了一条或多条树对象记录（tree entry），每条记录含有一个指向数据对象或者子树对象的 SHA-1 指针，以及相应的模式、类型、文件名信息。一个树对象

我们可以通过 update-index、write-tree、read-tree 等命令来构建树对象并塞入到暂存区。

在讲构建树对象之前，我们需要先了解一个命令 git ls-files。

3.1 ls-files 查看暂存区

git ls-files -s：查看暂存区当前的样子。

  • -s 选项来显示文件的状态。

3.2 update-index 创建暂存区

首先，清空目录，初始化一个新的仓库，并将 test.txt 的首个版本放入数据库。

shell 复制代码 
# 初始化新的仓库
$ git init
Initialized empty Git repository in C:/Users/lenovo/Desktop/test/.git/
# 创建首个版本
$ echo 'test.txt v1' > test.txt
# 放入数据库
$ git hash-object -w test.txt
warning: in the working copy of 'test.txt', LF will be replaced by CRLF the next time Git touches it
560a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b
# 查看暂存区
$ git ls-files -s

我们可以看到，此时暂存区为空。然后我们使用 update-index 命令为 test.txt 的首个版本创建一个暂存区：

shell 复制代码 
# 创建暂存区
$ git update-index --add --cacheinfo 100644 560a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b test.txt

  • --add 选项：因为此前该文件并不在暂存区中，首次需要 --add。

  • --cacheinfo 选项：因为将要添加的文件位于 Git 数据库中，而不是位于当前目录下，所以需要 --cache。

  • 文件模式：

    100644，表明这是一个普通文件；

    100755，表示一个可执行文件；

    120000，表示一个符号链接。

再次查看暂存区：

shell 复制代码 
$ git ls-files -s
100644 560a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b 0       test.txt

这样我们的 SHA-1 键值和文件名就对应上了。然后，我们再去数据库看一下有没有新增内容：

shell 复制代码 
$ find .git/objects/ -type f
.git/objects/56/0a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b

发现没有新增内容，还是只有首个版本的 test.txt，这就说明 update-index 只在暂存区内生成数据，并不会操作数据库。

3.3 write-tree 生成树对象

git write-tree 命令是将暂存区做一个快照。相当于给暂存区拍张照，生成一个树对象，放到数据库里面去。

继续实战，将 3.2 中暂存区中的内容生成一个树对象：

shell 复制代码 
$ git write-tree
06e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96

接下来，我们看一下返回的哈希所对应的数据类型：

shell 复制代码 
$ git cat-file -t 06e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96
tree

我们可以看到，write-tree 命令生成的数据类型为 树对象。然后我们看一下这个树对象在不在我们的版本库（数据库）里面：

shell 复制代码 
$ find .git/objects/ -type f
.git/objects/06/e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96
.git/objects/56/0a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b

可以看到数据库中的对象增加了一个刚放进去的数据对象。

由此可知，我们可以通过多次执行 update-index 命令，在缓存区中存放多个内容，然后通过 write-tree 命令一次性将所有暂存区的内容生成快照，保存为树对象。

总结：

  • git 对象，代表文件的初始版本；
  • 树对象，代表项目的初始版本。

补充：上面执行了 write-tree 生成树对象后，我们可以再去看一下暂存区中还有没有内容：

shell 复制代码 
$ git ls-files -s
100644 560a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b 0       test.txt

由执行结果可知，write-tree 命令将暂存区生成快照保存为树对象后，并不会将暂存区清空。

3.4 更新暂存区，生成第二棵树

接下来，我们继续操作：

1）新增 new.txt 到数据库：

shell 复制代码 
# 新增一个 new.txt 文件
$ echo "new v1" > new.txt
# 生成 git 对象
$ git hash-object -w new.txt
warning: in the working copy of 'new.txt', LF will be replaced by CRLF the next time Git touches it
eae614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9
# 查看数据库
$ find .git/objects/ -type f
.git/objects/06/e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96
.git/objects/56/0a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b
.git/objects/ea/e614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9

2）创建 test.txt 的第二个版本：

shell 复制代码 
# 编辑 test.txt
$ vi test.txt
# 查看 test.txt
$ cat test.txt
test.txt v1
test.txt v2
# 生成 git 对象
$ git hash-object -w test.txt
warning: in the working copy of 'test.txt', LF will be replaced by CRLF the next time Git touches it
c31fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba

3）查看数据库：

shell 复制代码 
$ find .git/objects/ -type f
.git/objects/06/e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96  # workspace项目的第一个版本（树对象）
.git/objects/56/0a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b  # test.txt文件的第一个版本（git对象）
.git/objects/c3/1fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba  # test.txt文件的第二个版本（git对象）
.git/objects/ea/e614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9  # new.txt文件的第一个版本（git对象）

4）生成项目的第二个版本

数据库中的前两个对象属于项目的第一个版本，我们可以将后面两个对象生成项目的第二个版本：

shell 复制代码 
# 更新暂存区 test.txt
$ git update-index --cacheinfo 100644 c31fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba test.txt
# 查看暂存区
$ git ls-files -s
100644 c31fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba 0       test.txt

可以发现由于暂存区中 test.txt 的更新，对应的哈希值也随之更新了。然后我们继续将 new.txt 放入暂存区，并生成项目第二个版本的树对象：

shell 复制代码 
# 创建缓存区 new.txt
$ git update-index --add --cacheinfo 100644 eae614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9 new.txt
# 查看缓存区
$ git ls-files -s
100644 eae614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9 0       new.txt
100644 c31fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba 0       test.txt
# 生成树对象
$ git write-tree
9d74ec4055e0f1edc1921d749c250380ca7b5ebd
# 查看数据库

补充： git update-index 命令后面加 --add 选项，可以直接将文件放到数据库中，然后再为文件创建、更新缓存区。例如：上面 new.txt 文件的 git hash-object 命令和 git update-index 命令可以合并为：

shell 复制代码 
$ git update-index --add new.txt

5）查看数据库

shell 复制代码 
$ find .git/objects/ -type f
.git/objects/06/e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96  # workspace项目的第一个版本（树对象）
.git/objects/56/0a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b  # test.txt文件的第一个版本（git对象）
.git/objects/9d/74ec4055e0f1edc1921d749c250380ca7b5ebd  # workpace项目的第二个版本（树对象）
.git/objects/c3/1fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba  # test.txt文件的第二个版本（git对象）
.git/objects/ea/e614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9  # new.txt文件的第一个版本（git对象）

此时，数据库中共 5 个对象，项目的两个版本的对象关系如下：

3.5 read-tree 树A加入树B，生成第三棵树

git read-tree 命令是将一棵树读取到暂存区。然后配合 write-tree 命令再将暂存区重新做一个快照，生成一个树对象，放到数据库里面去。

  • --prefix=bak 选项指定了树的前缀为"bak"。

继续实战，将 3.3 中的树对象加入到 3.4 中的树对象：

shell 复制代码 
# 从第一棵树读取到暂存区
$ git read-tree --prefix=bak 06e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96
# 查看暂存区
$ git ls-files -s
100644 560a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b 0       bak/test.txt
100644 eae614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9 0       new.txt
100644 c31fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba 0       test.txt

我们可以看到，读取后，暂存区中增加了一个 bak 前缀的 test.txt 文件。我们继续将暂存区生成第三棵树：

shell 复制代码 
# 生成新的树对象
$ git write-tree
17d1ee3eac87d38448e7ff2cc92e88ed4e9aa094
# 查看数据库
$ find .git/objects/ -type f
.git/objects/06/e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96  # workspace项目的第一个版本（树对象）
.git/objects/17/d1ee3eac87d38448e7ff2cc92e88ed4e9aa094  # workspace项目的第三个版本（树对象）
.git/objects/56/0a3d89bf36ea10794402f6664740c284d4ae3b  # test.txt文件的第一个版本（git对象）
.git/objects/9d/74ec4055e0f1edc1921d749c250380ca7b5ebd  # workpace项目的第二个版本（树对象）
.git/objects/c3/1fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba  # test.txt文件的第二个版本（git对象）
.git/objects/ea/e614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9  # new.txt文件的第一个版本（git对象）

目前上面的数据结构，我们可以整理为下图：（图中同时包含了三棵树）

补充： read-tree 命令仅作了解，实际过程中，我们并不会将一棵树加入另一棵树中。

3.6 查看树对象

由于树对象和 git 对象一样，都是存储在数据库中，我们使用 git cat-file 命令查看即可：

shell 复制代码 
$ git cat-file -p 17d1ee3eac87d38448e7ff2cc92e88ed4e9aa094
040000 tree 06e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96    bak
100644 blob eae614245cc5faa121ed130b4eba7f9afbcc7cd9    new.txt
100644 blob c31fb1e89d8b6b3ef34cdb5a2f999d6e29b822ba    test.txt

问题：

  1. 树对象的提交只有哈希和文件名，我们看不到文件版本的相关说明。

解决方案：提交对象

四、提交对象

4.1 commit-tree 创建提交对象

我们可以通过调用 commit-tree 命令创建一个提交对象，为此需要指定一个树对象的 SHA-1 值，以及该提交的父提交对象（如果有的话，需要指定。第一次将暂存区做快照就没有父对象）。

  • -p 选项可以用于指定父提交对象的 SHA-1 值。

注意： git commit-tree 不但生成提交对象，而且会将对象的快照（树对象）提交到本地库中。

我们先来创建第一棵树的提交对象：

shell 复制代码 
# 创建提交对象
$ echo 'first commit' | git commit-tree 06e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96
92f28813cce27fa514cf3be80a4d4b158afdca27

4.2 查看提交对象

由于提交对象和 git 对象、树对象一样，都是存储在数据库中，我们使用 git cat-file 命令查看即可：

shell 复制代码 
# 查看数据类型
$ git cat-file -t 92f28813cce27fa514cf3be80a4d4b158afdca27
commit
# 查看数据内容
$ git cat-file -p 92f28813cce27fa514cf3be80a4d4b158afdca27
tree 06e21bb0105e2de6c846725a9a7172f57dd1af96 # 树对象
author acgkaka <acgkaka@example.com> 1698337169 +0800 # 作者
committer acgkaka <acgkaka@example.com> 1698337169 +0800 # 提交者

first commit # 提交注释

4.3 创建第二次提交对象

接下来，我们可以创建第二次提交对象，然后将第一次提交对象作为父对象：

补充： 这里可以只用树对象和父提交对象 SHA-1 值的前部分（一般6位）即可。

shell 复制代码 
# 创建提交对象
$ echo 'second commit' | git commit-tree 9d74ec -p 92f288
1be40a21a3cc7c92e73721967abe30c9ce2a5a51
# 查看提交对象
$ git cat-file -p 1be40a
tree 9d74ec4055e0f1edc1921d749c250380ca7b5ebd # 树对象
parent 92f28813cce27fa514cf3be80a4d4b158afdca27 # 父提交对象
author acgkaka <acgkaka@example.com> 1698338744 +0800 # 
committer acgkaka <acgkaka@example.com> 1698338744 +0800

second commit

第三次提交对象以此类推。三次提交对象创建完毕后，图示如下：

五、总结

  • git对象 里面存储的不是增量，而是一次快照。
  • 树对象 才是真正的一个项目版本的快照；
  • 提交对象 只是对树对象做了一次封装。

补充： 提交对象也说明了 为什么 Git 回滚如此简单，因为每个分支名实际相当于一个指向提交对象的指针，当进行版本回退时，只需要将指针调整到需要的提交对象即可，其他地方均无需改动。

整理完毕，完结撒花~ 🌻

参考地址：

1.深入Git底层原理丨一套掌握git版本控制系统，https://www.bilibili.com/video/BV1Yi4y137eF

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