Git原理 — 2、Git对象和存储原理-Tree对象

1、Tree对象介绍

接下来要探讨的 Git 对象类型是树对象（tree object），它能解决文件名保存的问题。tree对象可以存储文件名，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，但做了一些简化。所有内容均以树（tree）对象和数据（blob ）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blob则大致上对应了文件中的内容。

一个树对象可以包含一条或多条记录（tree对象和blob 对象），每条记录含有一个指向blob 对象或者子tree对象的SHA-1指针，以及相应的模式、类型、文件名信息。

如下图：

100644 blob 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 test.txt

Tree对象存储方式如下图所示：

2、Tree对象说明

2.1. （1）初始化一个新的本地版本库

➜  gitObject git:(master) git init gitObject && cd gitObjec

（2）创建一个树对象（重点）

1）新建一个文件，然后把文件提交到本地版本库。

例如：新建文件test.txt，文件内容version 1。

➜  gitObject git:(master) echo "version 1" >> test.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ cat test.txt     

version 1

2）把test.txt文件，提交到本地版本库。

➜  gitObject git:(master) ✗  git hash-object -w ./test.txt

83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

➜  gitObject git:(master) ✗ find .git/objects -type f

.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

➜  gitObject git:(master) ✗ git cat-file -t 83ba

blob

➜  gitObject git:(master) ✗ git cat-file -p 83ba

version 1

以上就和我们讲blob对象的操作一样。

此时test.txt文件被管理在Git本地版本库中。

3）创建一个树对象。

通常Git是根据暂存区或者索引文件index来创建tree对象，因此要把文件存储到暂存区进并建立index文件。

提示1：

index文件在.git目录中，最新初始化的Git本地仓库是没有index文件，只有添加过一次数据到暂存区之后，才会在.git目录中自动生成index文件。

新初始化的.git目录内容如下：是没有index文件的。

➜  gitObject git:(master) ✗ ll .git/

total 24

-rw-r--r--   1 taylor  staff    23B  9 16 11:45 HEAD

-rw-r--r--   1 taylor  staff   137B  9 16 11:45 config

-rw-r--r--   1 taylor  staff    73B  9 16 11:45 description

drwxr-xr-x  15 taylor  staff   480B  9 16 11:45 hooks

drwxr-xr-x   3 taylor  staff    96B  9 16 11:45 info

drwxr-xr-x   5 taylor  staff   160B  9 16 11:48 objects

drwxr-xr-x   4 taylor  staff   128B  9 16 11:45 refs

提示2：

可以通过git ls-files命令查看暂存区的文件信息。

参数信息如下，括号中简写：

• --cached(-c)： 查看暂存区中文件。git ls-files命令默认执行此选项。
• --midified(-m)：查看修改的文件。
• --delete(-d)：查看删除过的文件。
• --other(-o) ：查看没有被Git跟踪的文件。
• --stage(-s)：显示mode以及文件对应的Blob对象，进而我们可以获取暂存区中对应文件里面的内容。stage：阶段编号，普通（未合并）文件通常为0。

例如：git ls-files -c或者git ls-files --cached （其他命令同理）

我们常用git ls-files -s命令查看暂存区的文件信息。

接下来，我们可以通过底层命令：update-index、write-tree、read-tree等命令，轻松创建自己的tree对象。

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s

➜  gitObject git:(master) ✗ git update-index --add --cacheinfo 100644 \

 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 test.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s

100644 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 0 test.txt

命令说明：

• 为创建一个树对象，首先需要通过暂存一些文件到暂存区。
  通过底层命令 git update-index将一个单独文件存入暂存区中。
• --add 选项：因为此前该文件并不在暂存区中，一个文件首次添加到暂存区，需要使用--add 选项。
• --cacheinfo 选项：因为要添加的test.txt文件位于Git 数据库中（上一步的操作），而不是位于当前工作目录，所以需要--cacheinfo 选项。
• 最后需要指定文件模式、SHA-1 与文件名。

文件模式说明：

• 100644：表明这是一个普通文件。（blob对象的文件模式一般都为100644）
• 100755：表示一个可执行文件。
• 120000：表示一个符号链接。

继续，下面来观察生成的树对象：：

➜  gitObject git:(master) ✗ ll .git/

total 32

-rw-r--r--   1 taylor  staff    23B  9 16 11:45 HEAD

-rw-r--r--   1 taylor  staff   137B  9 16 11:45 config

-rw-r--r--   1 taylor  staff    73B  9 16 11:45 description

drwxr-xr-x  15 taylor  staff   480B  9 16 11:45 hooks

-rw-r--r--   1 taylor  staff   104B  9 16 11:52 index

drwxr-xr-x   3 taylor  staff    96B  9 16 11:45 info

drwxr-xr-x   5 taylor  staff   160B  9 16 11:48 objects

drwxr-xr-x   4 taylor  staff   128B  9 16 11:45 refs

➜  gitObject git:(master) ✗ find .git/objects -type f

.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

➜  gitObject git:(master) ✗ git write-tree

d8329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579

➜  gitObject git:(master) ✗ find .git/objects -type f

.git/objects/d8/329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579

.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

➜  gitObject git:(master) ✗ git cat-file -t d832

tree

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s

100644 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 0 test.txt

4）总结

以上就是在Git中，使用底层命令手动创建一个树对象的过程。

• 创建一个文件，把该文件通过git hash-object命令存储到本地版本库中。
• 通过git update-index命令，把文件存储到暂存区中。
• 通过git write-tree命令，把暂存区中的文件索引信息提交到本地版本库，生成了一个树对象。

（3）创建第二个文件（重点）

1）新增new.txt文件，并修改test.txt文件内容。

➜  gitObject git:(master) ✗ echo "new file" > new.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ echo "version 2" >> test.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ cat new.txt

new file

➜  gitObject git:(master) ✗ cat test.txt

version 1

version 2

2）将new.txt文件和test.txt文件的第二个版本添加到暂存区。

将test.txt文件添加到暂存区。

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s

100644 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 0 test.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ git hash-object -w ./test.txt

0c1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s              

100644 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 0 test.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ find .git/objects -type f

.git/objects/0c/1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547

.git/objects/d8/329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579

.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

➜  gitObject git:(master) ✗ git update-index --cacheinfo 100644 \

 0c1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547 test.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s                      

100644 0c1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547 0 test.txt

将new.txt文件添加到暂存区。

➜  gitObject git:(master) ✗ git update-index --add new.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ find .git/objects -type f

.git/objects/0c/1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547

.git/objects/d8/329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579

.git/objects/fa/49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92

.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s

100644 fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92 0 new.txt

100644 0c1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547 0 test.txt

说明：git update-index --add 文件名完成了之前的两步操作。

1. 把new.txt文件内容存入了Git版本库。
2. 把new.txt文件添加到了暂存区中。

3）把暂存区的内容提交的本地版本库。

此时工作目录和暂存区中的文件状态是一样的， 可以通过git write-tree命令提交到本地版本库，生成树对像了。

➜  gitObject git:(master) ✗ git write-tree

163b45f0a0925b0655da232ea8a4188ccec615f5

➜  gitObject git:(master) ✗ find .git/objects -type f

.git/objects/0c/1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547

.git/objects/d8/329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579

.git/objects/16/3b45f0a0925b0655da232ea8a4188ccec615f5

.git/objects/fa/49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92

.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

➜  gitObject git:(master) ✗ git cat-file -t 163b

tree

此时Git版本库中的5个对象，即表示了项目的2个版本。（不明白这句话？继续往下看）

（4）将第一个树对象加入暂存区，使其成为新的树对

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s

100644 fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92 0 new.txt

100644 0c1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547 0 test.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ git read-tree --prefix=bak d832

➜  gitObject git:(master) ✗ git ls-files -s

100644 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 0 bak/test.txt

100644 fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92 0 new.txt

100644 0c1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547 0 test.txt

说明：

• read-tree命令：可以把树对象读入暂存区。
• --prefix=bak选项：将一个已有的树对象作为子树读入暂存区。
• 我们可以回忆一下，tree d832是什么时候write出来的，write的时候暂存区里有什么？然后看看read到暂存区之后，多出来的第一行数据，是不是就是当时生成tree d832时暂存区的内容

接下来继续，再提交暂存区的内容，会继续生成一个新的tree对象在Git仓库中。

➜  gitObject git:(master) ✗ git write-tree

01ab2a43b1eb150bcf00f375800727df240cf653

➜  gitObject git:(master) ✗ git cat-file -t 01ab

tree

➜  gitObject git:(master) ✗ git cat-file -p 01ab

040000 tree d8329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579 bak

100644 blob fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92 new.txt

100644 blob 0c1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547 test.txt

➜  gitObject git:(master) ✗ find .git/objects -type f

.git/objects/0c/1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547

.git/objects/d8/329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579

.git/objects/16/3b45f0a0925b0655da232ea8a4188ccec615f5

.git/objects/01/ab2a43b1eb150bcf00f375800727df240cf653

.git/objects/fa/49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92

.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30

到这里我们的演示就完成了，请看下面的总结。

3、总结

3.1. （1）分析每个树对象的存储结构

我们可以先查看一下Git本地库中的对象，如下

.git/objects/01/ab2a43b1eb150bcf00f375800727df240cf653
.git/objects/0c/1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547
.git/objects/16/3b45f0a0925b0655da232ea8a4188ccec615f5
.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30
.git/objects/d8/329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579
.git/objects/fa/49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92

我们接下来用三个图，描述一下三个树对象的结构关系。

第一个树对象结构如下图：

第二个树对象结构如下图：

第三个树对象结构如下图：

也可以换Git对象类型表示：

（2）blob对象和tree对象（重点）

从上图我们可以分析出：

• blob对象代表文件一次次的版本。
• tree对象代表项目的一次次的版本。

这就是我前面2-(3)描述过的Git版本库中的5个对象，即表示了项目的2个版本。

（就先这样理解）

（3）总结（重点）

暂存区的概念和相关理解：

1. 所谓的暂存区Stage只是一个简单的索引文件而已。指的是是 .git/index文件。
2. 暂存区这个索引文件里面包含的是文件的目录树，像一个虚拟的工作区，在这个虚拟工作区的目录树中，记录了文件名、文件的时间戳、文件长度、文件类型以及最重要的SHA-1值，文件的内容并没有存储在其中，所以说它像一个虚拟的工作区。
   即：暂存区，也就是.git/index文件中存放的是文件内容的索引（快照），也可以是tree对象的索引。
3. 索引指向的是.git/objects/目录下的文件（Git对象）。
4. Git通过暂存区的文件索引信息来创建tree对象的。
5. tree对象可以使文件内容和文件名进行关联。
6. 一个树对象可以包含一条或多条记录（tree对象和blob 对象）。
7. 暂存区内容写到版本库中后，暂存区索引内容不清空。
8. 暂存区中的文件内容索引，是按对应文件覆盖的，也就是修改一个文件内容，添加到缓存区，只会把对应的文件覆盖，其他文件不会被覆盖，即：暂存区不是整体覆盖的。

暂存区的作用：除非是绕过暂存区直接提交，否则Git想把修改提交上去，就必须将修改存入暂存区最后才能commit。每次提交的是暂存区所对应的文件快照。

提示：Git对象的hash键，我们截取前几位就行，练习时对象不那么对，就不用全部都写，能够表示唯一对象就行。

4、问题

现在有三个树对象（因为执行了三次write-tree命令），分别代表了我们想要跟踪项目的三次快照。然而问题依旧：若想重用这些快照，你必须记住这三个树对象的SHA-1哈希值。

并且，你也完全不知道是谁保存了这些快照，在什么时刻保存的，以及为什么保存这些快照。

而以上这些，提交对象commit object为你保存了这些基本信息。

5、本文用到的命令总结

Git底层命令：

• git update-index --add：把文件索引（快照）存入暂存区中。
• git write-tree：将当前暂存区的索引内容同步到一个树对象中。
• git ls-files -s：查看暂存区的文件信息。
• git read-tree --prefix=bak：将一个已存在的树对象添加到暂存区。
• git cat-file -t 键：查看Git对象的类型。
• git cat-file -p 键：查看Git对象的内容。

6、演示示例代码

写文件到本地版本库

cd ~ && rm -rf ~/gitObject

git init gitObject && cd gitObject

echo "version 1" >> test.txt

cat test.txt

find .git/objects -type f

git hash-object -w ./test.txt

将本地版本库文件放入暂存区

git cat-file -t 83ba

git cat-file -p 83ba

ll .git/

git ls-files -s

git update-index --add --cacheinfo 100644 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 test.txt

根据暂存区创建树对象

git ls-files -s

ll .git/

find .git/objects -type f

git write-tree

find .git/objects -type f

git cat-file -t d832

git ls-files -s

新增文件放入版本库

echo "new file" > new.txt

echo "version 2" >> test.txt

cat new.txt

cat test.txt

git ls-files -s

git hash-object -w ./test.txt

更新暂存区已有文件

git ls-files -s

find .git/objects -type f

git update-index --cacheinfo 100644 0c1e7391ca4e59584f8b773ecdbbb9467eba1547 test.txt

新文件加入暂存区

git ls-files -s

git update-index --add new.txt

find .git/objects -type f

git ls-files -s

创建第二棵树对象

git write-tree

find .git/objects -type f

git cat-file -t 163b

git ls-files -s

创建第三棵树对象

git read-tree --prefix=bak d832

git ls-files -s

git write-tree

git cat-file -t 01ab

git cat-file -p 01ab

find .git/objects -type f

参考

https://www.cnblogs.com/liuyuelinfighting/p/16189429.html