Git 內部原理之 Git 引用

知識 11-04

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來源：jingsam ，

jingsam.github.io/2018/10/12/git-reference.html

這篇文章本應該在6月份就完成，拖了4個月之後，終於鼓起勇氣撿起來，實在慚愧。堅持寫文章就像長跑，途中跑起來基本是靠慣性，如果停下來再起跑就很累很困難。

閑話不多說，本篇繼續承接前文講一講Git內部原理，本篇的主題是Git引用的原理。

首先來搞清楚什麼是Git引用，前文講了Git提交對象的哈希、存儲原理，理論上我們只要知道該對象的hash值，就能往前推出整個提交歷史，例如：

$ git log --pretty=oneline 3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31

3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31 third commit

d4d2c6cffb408d978cb6f1eb6cfc70e977378a5c second commit

db1d6f137952f2b24e3c85724ebd7528587a067a first commit

現在問題來了，提交對象的這40位hash值不好記憶，Git引用相當於給40位hash值取一個別名，便於識別和讀取。Git引用對象都存儲在.git/refs目錄下，該目錄下有3個子文件夾heads、tags和remotes，分別對應於HEAD引用、標籤引用和遠程引用，下面分別講一講每種引用的原理。

HEAD引用

HEAD引用是用來指向每個分支的最後一次提交對象，這樣切換到一個分支之後，才能知道分支的「尾巴」在哪裡。HEAD引用存儲在.git/refs/heads目錄下，有多少個分支，就有相應的同名HEAD引用對象。例如代碼庫裡面有master和test兩個分支，那麼.git/refs/heads目錄下就存在master和test兩個文件，分別記錄了分支的最後一次提交。

HEAD引用的內容就是提交對象的hash值，理論上我們可以手動地構造一個HEAD引用：

$ echo "3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31" > .git/refs/heads/master

Git提供了一個專有命令update-ref，用來查看和修改Git引用對象，當然也包括HEAD引用：

$ git update-ref refs/heads/master 3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31

$ git update-ref refs/heads/master

3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31

上面的命令我們將master分支的HEAD指向了3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31，現在用git log查看下master的提交歷史，可以發現最後一次提交就是所更新的hash值：

$ git log --pretty=oneline master

3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31 (HEAD -> master) third commit

d4d2c6cffb408d978cb6f1eb6cfc70e977378a5c second commit

db1d6f137952f2b24e3c85724ebd7528587a067a first commit

同理，可以使用同樣的方法更新test分支的HEAD：

$ git update-ref refs/heads/test d4d2c6cffb408d978cb6f1eb6cfc70e977378a5c

$ git log --pretty=oneline test

d4d2c6cffb408d978cb6f1eb6cfc70e977378a5c (test) second commit

db1d6f137952f2b24e3c85724ebd7528587a067a first commit

.git/refs/heads目錄下存儲了每個分支的HEAD，那怎麼知道代碼庫當前處於哪個分支呢？這就需要一個代碼庫級別的HEAD引用。.git/HEAD這個文件就是整個代碼庫級別的HEAD引用。我們先查看一下.git/HEAD文件的內容：

$ cat .git/HEAD

ref: refs/heads/master

我們發現.git/HEAD文件的內容不是40位hash值，而像是指向.git/refs/heads/master。嘗試切換到test：

$ git checkout test

$ cat .git/HEAD

ref: refs/heads/test

切換分支後，.git/HEAD文件的內容也跟著指向.git/refs/heads/test。.git/HEAD也是HEAD引用對象，與一般引用不同的是，它是「符號引用」。符號引用類似於文件的快捷方式，鏈接到要引用的對象上。

Git提供專門的命令git symbolic-ref，用來查看和更新符號引用：

$ git symbolic-ref HEAD refs/heads/master

$ git symbolic-ref HEAD refs/heads/test

至此，我們分析了兩種HEAD引用，一種是分支級別的HEAD引用，用來記錄各分支的最後一次提交，存儲在.git/refs/heads目錄下，使用git update-ref來維護；一種是代碼庫級別的HEAD引用，用來記錄代碼庫所處的分支，存儲在.git/HEAD文件，使用git symbolic-ref來維護。

標籤引用

標籤引用，顧名思義就是給Git對象打標籤，便於記憶。例如，我們可以將某個提交對象打v1.0標籤，表示是1.0版本。標籤引用都存儲在.git/refs/tags裡面。

標籤引用和HEAD引用本質是Git引用對象，同樣使用git update-ref來查看和修改：

$ git update-ref refs/tags/v1.0 d4d2c6cffb408d978cb6f1eb6cfc70e977378a5c

$ cat .git/refs/tags/v1.0

d4d2c6cffb408d978cb6f1eb6cfc70e977378a5c

還有一種標籤引用稱為「附註引用」，可以為標籤添加說明信息。上面的標籤引用打了一個v1.0的標籤表示發布1.0版本，有時候發布軟體的時候除了版本號信息，還要寫更新說明。附註引用就是用來實現打標籤的同時，也可以附帶說明信息。

附註引用是怎麼實現的呢？與常規標籤引用不同的是，它不直接指向提交對象，而是新建一個Git對象存儲到.git/objects中，用來記錄附註信息，然後附註標籤指向這個Git對象。

使用git tag建立一個附註標籤：

$ git tag -a v1.1 3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31 -m "test tag"

$ cat .git/refs/tags/v1.1

8be4d8e4e8e80711dd7bae304ccfa63b35a6eb8c

使用git cat-file來查看附註標籤所指向的Git對象：

$ git cat-file -p 8be4d8e4e8e80711dd7bae304ccfa63b35a6eb8c

object 3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31

type commit

tag v1.1

tagger jingsam <jing-sam@qq.com> 1529481368 +0800

test tag

可以看到，上面的Git對象存儲了我們填寫的附註信息。

總之，普通的標籤引用和附註引用同樣都是存儲的是40位hash值，指向一個Git對象，所不同的是普通的標籤引用是直接指向提交對象，而附註標籤是指向一個附註對象，附註對象再指向具體的提交對象。

另外，本質上標籤引用並不是只可以指向提交對象，實際上可以指向任何Git對象，即可以給任何Git對象打標籤。

遠程引用

遠程引用，類似於.git/refs/heads中存儲的本地倉庫各分支的最後一次提交，在.git/refs/remotes是用來記錄多個遠程倉庫各分支的最後一次提交。

我們可以使用git remote來管理遠程分支：

$ git remote add origin git@github.com:jingsam/git-test.git

上面添加了一個origin遠程分支，接下來我們把本地倉庫的master推送到遠程倉庫上：

$ git push origin master

Counting objects: 9, done.

Delta compression using up to 4 threads.

Compressing objects: 100% (5/5), done.

Writing objects: 100% (9/9), 720 bytes | 360.00 KiB/s, done.

Total 9 (delta 0), reused 0 (delta 0)

To github.com:jingsam/git-test.git

* [new branch] master -> master

這時候在.git/refs/remotes中的遠程引用就會更新：

$ cat .git/refs/remotes/origin/master

3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31

和本地倉庫的master比較一下，發現是一模一樣的，表示遠程分支和本地分支是同步的：

$ cat .git/refs/heads/master

3ac728ac62f0a7b5ac201fd3ed1f69165df8be31

由於遠程引用也是Git引用對象，所以理論上也可以使用git update-ref來手動維護。但是，我們需要先把代碼與遠程倉庫進行同步，在遠程倉庫中找到對應分支的HEAD，然後使用git update-ref進行更新，過程比較麻煩。而我們在執行git pull或git push這樣的高層命令的時候，遠程引用會自動更新。

總結

到這裡，三種Git引用都已分析完畢。總的來說，三種Git引用都統一存儲到.git/refs目錄下，Git引用中的內容都是40位的hash值，指向某個Git對象，這個對象可以是任意的Git對象，可以是數據對象、樹對象、提交對象。三種Git引用都可以使用git update-ref來手動維護。

三種Git引用對象所不同的是，分別存儲於.git/refs/heads、.git/refs/tags、.git/refs/remotes,存儲的文件夾不同，賦予了引用對象不同的功能。HEAD引用用來記錄本地分支的最後一次提交，標籤引用用來給任意Git對象打標籤，遠程引用正式用來記錄遠程分支的最後一次提交。

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