Git内部工作原理
Git是一个非常优秀的内容版本控制工具。从本质上来讲，Git是一个内容寻址（content addressable）文件系统，在此基础上才提供了一个版本控制系统。
Git仓库目录
初始化一个本地Git仓库，可以看到Git创建了一个.git目录，这个目录存储了一切Git仓库的信息。
.
|---a.txt
|---.git
| |---config # 项目特有的配置选项，与.gitconfig格式一致
| |---objects # Git对象数据库存放目录，包含本地仓库所有的文件内容和指针
| | |---3b
| | | |---18e512dba79e4c8300dd08aeb37f8e728b8dad
| | |---...
| | |---info
| |---rr-cache
| |---HEAD # 记录目前被checkout出的分支
| |---info # 包含一个全局性排除文件，放置不希望记录在.gitignore文件中的忽略模式
| | |---exclude
| |---logs
| | |---HEAD
| | |---refs # 存放本地和远程仓库的分支，标签，头指针等信息
| | | |---heads
| | | | |---master
| |---description # GitWeb程序使用的描述文件
| |---hooks # 钩子脚本目录，自带一些示例脚本，可以在Git运行的各个环节执行自定义的操作
| | |---commit-msg.sample
| | |---...
| |---refs # 存储指向数据（分支）的提交对象的指针
| | |---heads
| | | |---master
| | |---tags
| |---index # 保存暂存区信息
| |---branches
| |---MERGE_RR
| |---COMMIT_EDITMSG
以上是Git目录的简单介绍，更加详细的介绍可以参考gitrepository-layout 。
在介绍后面的内容之前需要了解Git命令的一个分类。Git的命令有两大分类：
- 高层命令（porcelain）：checkout、branch、remote等30多个日常使用的Git命令。
- 底层命令（plumbing）：hash-object、cat-file等一些底层工作的命令，平时并不常用。
数据对象（Blob Object）
Git的核心部分可以看作是一个简单的key-value数据库，可以向数据库插入任意类型的内容，然后会返回一个key，通过返回的这个key可以检索到之前插入的value。Git所有的数据存放在。.git/objects目录下，也就是数据库的位置。数据库的SET和GET操作可以用以下两个命令完成：
hash-object：SET操作，将待存储的数据外加一个头部信息一起做SHA-1校验运算得到一个40字符长度的校验和并输出。-w：存储数据对象--stdin：从标准输入读取内容，不指定这个的话需要在后面给出待存储文件路径。
cat-file：GET操作-p：自动判断内容类型，并以友好的格式显示-t：返回内部存储对象的类型
SET操作
$ echo 'test content' | git hash-object -w --stdin
d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
$ find .git/objects -type f
.git/objects/d6/70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
可以看到.git/objects目录下有个文件，在Git中一个文件对应一个目录。
GET操作
创建一个新文件，并存入数据库。
$ echo 'version 1' > test.txt
$ git hash-object -w test.txt
83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30
接着修改文件继续存入。
$ echo 'version 2' > test.txt
$ git hash-object -w test.txt
1f7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a
可以看到这样并不会覆盖之前的文件，这个文件每次修改的版本都在数据库里。
$ find .git/objects -type f
.git/objects/1f/7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a
.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30
.git/objects/d6/70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4
可以用cat-file命令将文件恢复到第一个版本。
$ git cat-file -p 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 > test.txt
$ cat test.txt
version 1
上面的一些操作仅保存了文件的内容，文件名还没有保存。这种保存了文件内容的对象在Git中叫做数据对象（blob object）。
树对象（Tree Object）
树对象解决的就是文件名保存的问题，允许我们将多个文件组织在一起。Git中所有的内容均以树对象和数据对象的形式存储，其中树对像就跟Linux文件系统中的目录一样，数据对象对应了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。
通常Git根据某一时刻暂存区所表示的状态创建并记录一个对应的树对象，如此重复便可依次记录（某个时间段内）一系列的树对象。所以树对象的创建主要有两步，首先将文件添加到暂存区，然后将暂存区的内容写入树对象，这里主要有三个命令。
update-index：更新暂存区命令--add：添加文件到暂存区—remove：从暂存区移除文件--cacheinfo <mode> <object> <path>：插入特定信息到暂存区，包括文件模式，对象SHA-1值，路径
write-tree：根据当前暂存区内容创建一个新的树对象，然后写入。read-tree：将树对象读入暂存区—prefix：将已有的树对象作为子树读入暂存区
$ git update-index --add --cacheinfo 100644 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 test.txt
$ git write-tree
d8329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579
$ git cat-file -p d8329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579
100644 blob 83baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 test.txt
$ git cat-file -t d8329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579
tree
$ echo 'new file' > new.txt
$ git update-index --cacheinfo 100644 1f7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a test.txt
$ git update-index --add new.txt
$ git write-tree
0155eb4229851634a0f03eb265b69f5a2d56f341
$ git cat-file -p 0155eb4229851634a0f03eb265b69f5a2d56f341
100644 blob fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92 new.txt
100644 blob 1f7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a test.txt
$ git read-tree --prefix=bak d8329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579
$ git write-tree
3c4e9cd789d88d8d89c1073707c3585e41b0e614
$ git cat-file -p 3c4e9cd789d88d8d89c1073707c3585e41b0e614
040000 tree d8329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579 bak
100644 blob fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92 new.txt
100644 blob 1f7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a test.txt
此时的Git数据内容结构如下图：
提交对象（Commit Object）
已经解决了文件版本，文件名以及目录的问题，但是如果想重用这些版本快照，我们却只有几个SHA-1哈希值，不知道关于这些快照保存的内容以及原因等信息，非常不方便，所以我们需要提交对象（Commit Object）。提交对象使用commit-tree命令创建，创建时需要指定一个树对象的哈希值，以及该提交对象的父提交对象（如果有的话）。
$ echo 'first commit' | git commit-tree d8329f
fdf4fc3344e67ab068f836878b6c4951e3b15f3d
$ git cat-file -p fdf4fc3 # 查看这个刚刚创建的提交对象
tree d8329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579
author Scott Chacon <[email protected]> 1243040974 -0700
committer Scott Chacon <[email protected]> 1243040974 -0700
first commit
$ echo 'second commit' | git commit-tree 0155eb -p fdf4fc3
cac0cab538b970a37ea1e769cbbde608743bc96d
$ echo 'third commit' | git commit-tree 3c4e9c -p cac0cab
1a410efbd13591db07496601ebc7a059dd55cfe9
此时Git目录下的所有对象如下图：
此刻，已经通过一些底层命令完成了git add与git commit的操作。 Git 所做的实质工作——将被改写的文件保存为数据对象，更新暂存区，记录树对象，最后创建一个指明了顶层树对象和父提交的提交对象。 这三种主要的 Git 对象——数据对象、树对象、提交对象——最初均以单独文件的形式保存在 .git/objects 目录下。 下面列出了目前示例目录内的所有对象，辅以各自所保存内容的注释：
$ find .git/objects -type f
.git/objects/01/55eb4229851634a0f03eb265b69f5a2d56f341 # tree 2
.git/objects/1a/410efbd13591db07496601ebc7a059dd55cfe9 # commit 3
.git/objects/1f/7a7a472abf3dd9643fd615f6da379c4acb3e3a # test.txt v2
.git/objects/3c/4e9cd789d88d8d89c1073707c3585e41b0e614 # tree 3
.git/objects/83/baae61804e65cc73a7201a7252750c76066a30 # test.txt v1
.git/objects/ca/c0cab538b970a37ea1e769cbbde608743bc96d # commit 2
.git/objects/d6/70460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4 # 'test content'
.git/objects/d8/329fc1cc938780ffdd9f94e0d364e0ea74f579 # tree 1
.git/objects/fa/49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92 # new.txt
.git/objects/fd/f4fc3344e67ab068f836878b6c4951e3b15f3d # commit 1