Fork me on GitHub

编程工具之Git

Git版本控制

xkcd 1597

尽管 Git 的接口有些丑陋,但是它的底层设计和思想却是非常优雅的。丑陋的接口只能靠死记硬背,而优雅的底层设计则非常容易被人理解。因此,我们将通过一种自底向上的方式像您介绍 Git。我们会从数据模型开始,最后再学习它的接口。一旦您搞懂了 Git 的数据模型,再学习其接口并理解这些接口是如何操作数据模型的就非常容易了。

Git 的数据模型

进行版本控制的方法很多。Git 拥有一个经过精心设计的模型,这使其能够支持版本控制所需的所有特性,例如维护历史记录、支持分支和促进协作。

快照

Git 将顶级目录中的文件和文件夹作为集合,并通过一系列快照来管理其历史记录。在Git的术语里,文件被称作Blob对象(数据对象),也就是一组数据。目录则被称之为“树”,它将名字与Blob对象或树对象进行映射(使得目录中可以包含其他目录)。快照则是被追踪的最顶层的树。例如,一个树看起来可能是这样的:

<root> (tree)
|
+- foo (tree)
|  |
|  + bar.txt (blob, contents = "hello world")
|
+- baz.txt (blob, contents = "git is wonderful")

这个顶层的树包含了两个元素,一个名为 “foo” 的树(它本身包含了一个blob对象 “bar.txt”),以及一个对blob对象 “baz.txt”。

历史记录建模:关联快照

版本控制系统和快照有什么关系呢?线性历史记录是一种最简单的模型,它包含了一组按照时间顺序线性排列的快照。不过处于种种原因,Git 并没有采用这样的模型。

在 Git 中,历史记录是一个由快照组成的有向无环图。有向无环图,听上去似乎是什么高大上的数学名词。不过不要怕,您只需要知道这代表 Git 中的每个快照都有一系列的“父辈”,也就是其之前的一系列快照。注意,快照具有多个“父辈”而非一个,因为某个快照可能由多个父辈而来。例如,经过合并后的两条分支。

在 Git 中,这些快照被称为“提交”。通过可视化的方式来表示这些历史提交记录时,看起来差不多是这样的:

o <-- o <-- o <-- o
            ^  
             \
              --- o <-- o

上面是一个 ASCII 码构成的简图,其中的 o 表示一次提交(快照)。

箭头指向了当前提交的父辈(这是一种“在。。。之前”,而不是“在。。。之后”的关系)。在第三次提交之后,历史记录分岔成了两条独立的分支。这可能因为此时需要同时开发两个不同的特性,它们之间是相互独立的。开发完成后,这些分支可能会被合并并创建一个新的提交,这个新的提交会同时包含这些特性。新的提交会创建一个新的历史记录,看上去像这样(最新的合并提交用粗体标记):

o <-- o <-- o <-- o <---- o ^ / \ v --- o <-- o

Git 中的提交是不可改变的。但这并不代表错误不能被修改,只不过这种“修改”实际上是创建了一个全新的提交记录。而引用(参见下文)则被更新为指向这些新的提交。

数据模型及其伪代码表示

以伪代码的形式来学习 Git 的数据模型,可能更加清晰:

// 文件就是一组数据
type blob = array<byte>

// 一个包含文件和目录的目录
type tree = map<string, tree | file>

// 每个提交都包含一个父辈,元数据和顶层树
type commit = struct {
    parent: array<commit>
    author: string
    message: string
    snapshot: tree
}

这是一种简洁的历史模型。

对象和内存寻址

Git 中的对象可以是 blob、树或提交:

type object = blob | tree | commit

Git 在储存数据时,所有的对象都会基于它们的SHA-1 hash进行寻址。

objects = map<string, object>

def store(object):
    id = sha1(object)
    objects[id] = object

def load(id):
    return objects[id]

Blobs、树和提交都一样,它们都是对象。当它们引用其他对象时,它们并没有真正的在硬盘上保存这些对象,而是仅仅保存了它们的哈希值作为引用。

例如,above例子中的树(可以通过git cat-file -p 698281bc680d1995c5f4caaf3359721a5a58d48d 来进行可视化),看上去是这样的:

100644 blob 4448adbf7ecd394f42ae135bbeed9676e894af85    baz.txt
040000 tree c68d233a33c5c06e0340e4c224f0afca87c8ce87    foo

树本身会包含一些指向其他内容的指针,例如baz.txt (blob) 和 foo (树)。如果我们用git cat-file -p 4448adbf7ecd394f42ae135bbeed9676e894af85,即通过哈希值查看 baz.txte 的内容,会得到以下信息:

git is wonderful
引用

现在,所有的快照都可以通过它们的 SHA-1 哈希值来标记了。但这也太不方便了,谁也记不住一串 40 位的十六进制字符。

针对这一问题,Git 的解决方法是给这些哈希值赋予人类可读的名字,也就是引用(references)。引用是指向提交的指针。与对象不同的是,它是可变的(引用可以被更新,指向新的提交)。例如,master 引用通常会指向主分支的最新一次提交。

references = map<string, string>

def update_reference(name, id):
    references[name] = id

def read_reference(name):
    return references[name]

def load_reference(name_or_id):
    if name_or_id in references:
        return load(references[name_or_id])
    else:
        return load(name_or_id)

这样,Git 就可以使用诸如 “master” 这样人类刻度的名称来表示历史记录中某个特定的提交,而不需要在使用一长串十六进制字符了。

有一个细节需要我们注意, 通常情况下,我们会想要知道“我们当前所在位置”,并将其标记下来。这样当我们创建新的快照的时候,我们就可以知道它的相对位置(如何设置它的“父辈”)。在 Git 中,我们当前的位置有一个特殊的索引,它就是”HEAD”。

仓库

最后,我们可以粗略地给出 Git 仓库的定义了:对象引用

在硬盘上,Git 仅存储对象和引用:因为其数据模型仅包含这些东西。所有的 git 命令都对应着对提交树的操作,例如增加对象,增加或删除引用。

当您输入某个指令时,请思考一些这条命令是如何对底层的图数据结构进行操作的。另一方面,如果您希望修改提交树,例如“丢弃未提交的修改和将 ‘master’ 引用指向提交5d83f9e 时,有什么命令可以完成该操作(针对这个具体问题,您可以使用git checkout master; git reset --hard 5d83f9e

暂存区

Git 中还包括一个和数据模型完全不相关的概念,但它确是创建提交的接口的一部分。

就上面介绍的快照系统来说,您也许会期望它的实现里包括一个 “创建快照” 的命令,该命令能够基于当前工作目录的当前状态创建一个全新的快照。有些版本控制系统确实是这样工作的,但 Git 不是。我们希望简洁的快照,而且每次从当前状态创建快照可能效果并不理想。例如,考虑如下场景,您开发了两个独立的特性,然后您希望创建两个独立的提交,其中第一个提交仅包含第一个特性,而第二个提交仅包含第二个特性。或者,假设您在调试代码时添加了很多打印语句,然后您仅仅希望提交和修复 bug 相关的代码而丢弃所有的打印语句。

Git 处理这些场景的方法是使用一种叫做 “暂存区(staging area)”的机制,它允许您指定下次快照中要包括那些改动。

Git 的命令行接口

为了避免重复信息,我们将不会详细解释以下命令行。强烈推荐您阅读Pro Git 中文版或可以观看本讲座的视频来学习。

基础
  • git help <command>: 获取 git 命令的帮助信息
  • git init: 创建一个新的 git 仓库,其数据会存放在一个名为 .git 的目录下
  • git status: 显示当前的仓库状态
  • git add <filename>: 添加文件到暂存区
  • git commit: 创建一个新的提交
  • git log: 显示历史日志
  • git log --all --graph --decorate: 可视化历史记录(有向无环图)
  • git diff <filename>: 显示与上一次提交之间的差异
  • git diff <revision> <filename>: 显示某个文件两个版本之间的差异
  • git checkout <revision>: 更新 HEAD 和目前的分支
分支和合并
  • git branch: 显示分支
  • git branch <name>: 创建分支
  • git checkout -b <name>: 创建分支并切换到该分支
    • 相当于 git branch <name>; git checkout <name>
  • git merge <revision>: 合并到当前分支
  • git mergetool: 使用工具来处理合并冲突
  • git rebase: 将一系列补丁变基(rebase)为新的基线
远端操作
  • git remote: 列出远端
  • git remote add <name> <url>: 添加一个远端
  • git push <remote> <local branch>:<remote branch>: 将对象传送至远端并更新远端引用
  • git branch --set-upstream-to=<remote>/<remote branch>: 创建本地和远端分支的关联关系
  • git fetch: 从远端获取对象/索引
  • git pull: 相当于 git fetch; git merge
  • git clone: 从远端下载仓库
撤销
  • git commit --amend: 编辑提交的内容或信息
  • git reset HEAD <file>: 恢复暂存的文件
  • git checkout -- <file>: 丢弃修改

Git 高级操作

  • git config: Git 是一个 高度可定制的 工具
  • git clone --shallow: 克隆仓库,但是不包括版本历史信息
  • git add -p: 交互式暂存
  • git rebase -i: 交互式变基
  • git blame: 查看最后修改某行的人
  • git stash: 暂时移除工作目录下的修改内容
  • git bisect: 通过二分查找搜索历史记录
  • .gitignore: 指定 故意不追踪的文件

杂项

  • 图形用户界面: Git 的 图形用户界面客户端 有很多,但是我们自己并不使用这些图形用户界面的客户端,我们选择使用命令行接口
  • Shell 集成: 将 Git 状态集成到您的 shell 中会非常方便。(zsh,bash)。Oh My Zsh这样的框架中一般以及集成了这一功能
  • 编辑器集成: 和上面一条类似,将 Git 集成到编辑器中好处多多。fugitive.vim 是 Vim 中集成 GIt 的常用插件
  • 工作流:我们已经讲解了数据模型与一些基础命令,但还没讨论到进行大型项目时的一些惯例 ( 有很多 不同的 处理方法)
  • GitHub: Git 并不等同于 GitHub。 在 GitHub 中您需要使用一个被称作拉取请求(pull request)的方法来像其他项目贡献代码
  • Other Git 提供商: GitHub 并不是唯一的。还有像GitLabBitBucket这样的平台。

资源

参考

课程列表

Comments