工作中经常用git，但是不少命令经常使用出现各种各样的问题，也不太理解其中的原理。今天专门总结一下git的原理，理解原理之后想实现什么样的功能直接找相应的命令即可。如有错误和不足，欢迎指正！

一、 工作区

使用git命令之前首先需要明白git的工作区

版本库：.git目录
工作区：除 .git目录的其他目录和文件
如图所示：git版本库里维护了两个目录树，暂存区目录树和分支目录树（在隐藏的 .git文件中）

更详细一些的四大工作区：

1. Workspace： 工作区，就是你平时存放项目代码的地方
2. Index / Stage： 暂存区，用于临时存放你的改动，事实上它只是一个文件，保存即将提交到文件列表信息
3. Repository： 仓库区（或版本库），就是安全存放数据的位置，这里面有你提交到所有版本的数据。其中HEAD指向最新放入仓库的版本
4. Remote： 远程仓库，托管代码的服务器，可以简单的认为是你项目组中的一台电脑用于远程数据交换

二、GIT 实现版本管理原理

git会将我们的文件和目录转化成一种叫做”git对象”的东西，然后再对这些”git对象”进行管理，从而实现版本管理的目的，这些git对象存放在git的对象库中。

文件————>块（blob）
目录————>树（tree）
状态————>提交（commit）

blob、tree、commit都是git对象，是三种不同类型的git对象

一个blob就是由一个文件转换而来，blob对象中只会存储文件的数据，而不会存储文件的元数据。

一个tree就是由一个目录转化而来，tree对象中只会存储一层目录的信息，它只存储它的直接文件和直接子目录的信息，但是子目录中的内容它并不会保存。

一个commit就是一个我们所创建的提交，它指向了一个tree，这个tree保存了某一时刻项目根目录中的直接文件信息和直接目录信息，也就是说，这个tree会指向直接文件的blob对象，并且指向直接子目录的tree对象，子目录的tree对象又指向了子目录中直接文件的blob，以及子目录的直接子目录的tree，依此类推。

图解
开始：工作区只有一个根目录，目录下两个文件 f1, f2 现在进行提交操作 git转换成如下对象

现在修改f2的内容为f22 f1不变，并在根目录下创建子目录dir1，并在dir1新建文件df1

三、文件的四种状态

结合上节版本控制原理，可知不同状态之前的改变原因
不同的工作区存在的文件对应了不同的状态，入下图所示

1. Untracked: 未跟踪, 此文件在文件夹中, 但并没有加入到git库, 不参与版本控制. 通过git add 状态变为Staged.
2. Unmodify: 文件已经入库, 未修改, 即版本库中的文件快照内容与文件夹中完全一致. 这种类型的文件有两种去处, 如果它被修改, 而变为Modified，如果使用git rm移出版本库, 则成为Untracked文件
3. Modified: 文件已修改, 仅仅是修改, 并没有进行其他的操作. 这个文件也有两个去处, 通过git add可进入暂存staged状态, 使用git checkout 则丢弃修改过, 返回到unmodify状态, 这个git checkout即从库中取出文件, 覆盖当前修改
4. Staged: 暂存状态. 执行git commit则将修改同步到库中, 这时库中的文件和本地文件又变为一致, 文件为Unmodify状态. 执行git reset HEAD filename取消暂存,文件状态为Modified

图解：

四、命令实现过程与原理

分支

了解git的各种命令之前，需要先明白git分支的概念。git分支可以说是git普及如此之广的最重要的理由之一。

分支其实就是记录一系列逻辑操作的一条线，这条线记录了我们操作过程和每次操作的内容。如下图所示，每一个节点都是一次commit 节点连起来就形成了分支。

分支有什么作用呢？
1：精准编辑回退

分支指针和HEAD指针

搞明白git命令的实现过程，就必须先了解指针的概念，很多命令都是用过指针实现的。
指针是什么呢？
指针是版本库中指向分支中某个提交的标识（每个提交都有一个唯一id），记录了我们当前所在的位置。
每个分支都会有一个分支指针，默认指向当前分支的最新提交（注意提交是个tree 有父节点）。
HEAD指针通过指向分支指针指向当前分支的最新提交
（思考一个问题：当我们把控制台或者git bash操作窗口关闭后，再次打开为什么能直接记录到关闭前所在的分支呢？）

命令实现原理和过程

1. 查看分支提交记录

git log 
下面我们看一下这个命令做了什么。比如说我们现在在test分支上，那就是从分支指针指向的commit树开始，依次**找父节点**，然后将信息展示出来，这就实现了记录的查询操作

2.查看不同

git diff
这个命令怎么实现的呢？上文中讲到git的实现原理 ，git会将文件转为git对象，回顾一下：

文件————>块（blob）
目录————>树（tree）
状态————>提交（commit）

现在以比较工作区和暂存区的区别为例：
运行git diff 找到当前最新的提交，从暂存区拿到相应的文件（有目录和文件地址和文件内容）然后和工作区的一行行比较

3.撤销修改（版本回退）

git reset commitID
git reset --hard commitId（实现和rollback一样的功能）

“git reset HEAD”命令将最近提交中的内容覆盖到了暂存区
“git reset –hard HEAD”命令将最近提交中的内容覆盖到了暂存区和工作区

撤销操作是怎么实现的呢？这个还是和指针有关。比如从D回退到C，这时候git做了什么呢？其实很简单，只需将指针指向C就好，这时候根据commit树的id去查内容查到的就是C提交时的内容。

4.合并分支

git merge
git rebase

合并分支应该是非常常用的命令了，下面来解析下合并分支的时候git是如何做的。
首先以git merge 为例

根据之前分析的原理，其实可以很清楚的理解git做了怎样的事情。
两个分支指针分别指向最新的提交，现在做图示一操作，将new分支合并到base上，运行命令base分支新生成一个commit 节点分别指向new分支的最新commit和base分支的最新commit，然后base分支的分支指针指向新生成的这个commit就完成了合并。

git rabse的变基操作，其实就是复制基准点后的变更文件（注意是复制！！并不是直接改父节点，git所有的操作都不会更改原有的内容，虽然提交信息看着一样，但是commitId是不同的！），然后将父节点指向合并分支的最新提交，达到变基的目的。

5.其他

其他的命令都可以参考git实现原理去理解实现方式，只有明白了原理，命令理解起来就很简单了。

文档参考：git系列学习