作者：冯伟尧

我们在切换不同分支，或者切换到指定历史提交记录时，Git 是怎么把文件的历史版本调出来的？也就是说：

Git 把数据存储在哪里？
怎么存储文件的不同版本？
又是怎么让不同版本和指定提交记录关联起来的？

在开始前，为了避免部分歧义，先统一下对提交记录的认识：我们都知道每个提交记录都会有唯一对应的一个 40 位字符串，这是 Git 根据我们的提交内容利用 SHA-1 算法计算出来的哈希值。这个 40 位的字符串，有人称 id 或哈希值或校验和或 SHA-1 值。因为 SHA-1 是一种哈希算法，这里我们统一下，这个字符串就叫哈希值。

Git 如何存储数据

Git 如何存储数据，答案主要就在 .git 文件夹的 objects 目录里。先不解释 objects 目录是什么，我们先看看里面都有什么东西。现在你可以随意打开一个 Git 仓库，找到其中 .git 目录（默认情况下它可能是隐藏的）下的 objects 文件夹。他应该是下面这样的：

这里面是很多以 2 个字符命名的文件夹，文件夹里又是若干数量以一串 38 个字符命名的文件。如果你足够敏感的话，或许能猜到这是一个类似指定 commit 提交记录的哈希值。借助 git cat-file 命令可以查看这个文件里的内容。结果如下所示：

这里的结果是我项目中 CHANGELOG.md 文件的内容。更确切的说，它是 CHANGELOG.md 文件在某一次提交时的完整内容。而这个 objects 文件夹，就是 Git 存放数据的地方。

Git 在每次提交时，会找到存在变更的文件，利用 SHA-1 算法根据内容计算出 40 位的字符串为文件命名，放在 objects 文件夹。哈希值的前两个字符用于命名子目录，余下的 38 个字符则用作文件名。也就是说，你的文件每次发生变更，都会有一个对应的快照，保存了该版本文件的所有内容。如果 Git 想恢复文件到某一次历史版本，只需要拿到这个文件该次版本对应的哈希值即可。

可是 Git 怎么知道某次提交时该文件对应版本的哈希值是什么呢？也就是说 Git 如何把文件不同版本和提交记录关联起来的？

实际上在 objects 文件夹里主要存放着三类信息，除了我们上面提到的文件内容信息，还有文件路径信息以及提交信息。它们分别以文件对象 blob object、树对象 tree object、提交对象 commit object 的形式存在。每一个对象都是 objects 目录下的一个文件，和保存文件内容信息的方式类似，Git 会通过 SHA-1 算法根据对象内容计算哈希值，得到一串 40 位的字符串为文件命名，用于找到他们。接下来我们来看树对象和提交对象都包含了哪些内容。

当你提交时，Git 会把你当前的目录结构保存下来，对应的 tree object 结构如下：

包含了文件的文件名和文件对象的哈希值，以及子文件夹名字和对应的树对象哈希值。也就是说，你只需要找到某次提交根目录的树对象哈希值，就能找到该次提交所有文件对应的文件名以及文件对象哈希值。 也就能得到文件的历史版本内容了。

那我如何找到这个树对象？

就是通过我们最熟悉的提交对象。git log 命令可以找到对应提交的哈希值，我们可以看到提交对象的结构如下：

tree 指向的就是当前提交的树对象。parent 是上一次提交的提交对象。其他的是作者，提交人，时间和描述信息。

现在我就可以知道某次提交的某个文件的历史版本内容是什么了。由此我们也大概了解了 Git 是怎么存储文件的历史版本，又是怎么把历史版本和提交记录联系起来的。

当使用 git commit 进行提交操作时，Git 会先计算每一个子目录的哈希值，然后在 Git 仓库中将这些校验和保存为树对象。随后，Git 便会创建一个提交对象，它除了包含作者，时间和描述信息外，还包含指向这个树对象（项目根目录）的哈希值以及上一次提交的哈希值。如此一来，Git 就可以在需要的时候重现此次保存的快照。

git 的分支

现在我们知道，只要拿到某次提交对象的哈希值，我们就能得到该次提交对应的快照。如果我们想要某个分支的文件内容，又是如何做到的？

分支只是一个可变的指针，指向分支最新的提交对象。

在 .git 里的 refs 文件夹中，保存了所有分支对应的最新提交对象的哈希值。目录结构如下：

其中 heads 文件夹保存的是本地分支，remotes 文件夹保存的是远程分支。以本地分支 master 为例，利用 cat master 可以看到，该文件中保存了最新提交对象的哈希值。如果你现在进行一次新的提交，会发现该文件中的内容会变为新提交对象的哈希值。

同时 Git 中有一个特殊的引用 HEAD，它总是指向当前检出的分支或提交对象。HEAD 指向的提交对象保存在 .git 里的 HEAD 文件中。 如下图，HEAD 指向了 master 分支。如果我们手动检出 master 分支的上一次提交，会发现该文件指向了一个确定的提交对象，即上一次提交的提交对象。

最后，可以用一张图来概括分支和提交对象之间的关系。