git的底层原理

对象 Objects

git使用 Object 存储所有类型的内容，也称为git对象，全部存储在 .git/objects/ 目录下

git使用40位的SHA-1值作为 object 文件的唯一标识符，前两位 SHA-1作为目录名称，后38位SHA-1作为文件名. git会把所有object进行zlib压缩.

object可以分为头部信息和存储内容两部分

  • 头部信息: 类型+空格+内容字节数+\0
  • 存储内容

git有四种 object

  • Blob object 二进制对象
    • 对于普通文件，git使用 blob object (二进制对象) 存储文件内容.
  • Tree object 树对象
    • 对于目录文件，git使用一个 tree object (树对象) 存储一系列 tree entry, 每个 tree entry 存储一个 blob object (普通文件) 或一个 tree object (目录下的目录).
  • Commit object 提交对象
    • tree object和blob object用于表示版本快照，commit object用于表示版本索引和版本关系
    • commit object的存储内容包括:
      • 对应的根 tree object 对应的SHA-1
      • 0个，1个或多个父级commit object对应的SHA-1（第一次commit没有父节点，出现分支合并时会出现多个父级commit object）
      • commit的内容，包括：author，committer，encoding，commit message等
  • Tag object 标签对象

可以使用git cat-file 命令查看object的存储内容

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git cat-file -t fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92  # 查看类型
git cat-file -s fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92  # 查看内容长度字节数
git cat-file -p fa49b077972391ad58037050f2a75f74e3671e92  # 查看内容

引用 refs

如果我们对某一个commit感兴趣，直接记忆SHA-1值并不方便，因此git提供了"别名"来代替SHA-1值，即 references (refs) 引用

git支持三种引用类型，存储在 .git/refs/ 中

  • HEAD引用

    • 通常指向当前所在的分支（而并不是指向某一个commit对象）
    • 在特殊情况下（例如checkout一个commit导致detached head状态时），HEAD文件可能会包含一个git object的SHA-1值
    • 可以通过 cat .git/HEAD 查看HEAD文件

  • 标签引用 (tag reference)

    • 包含两种类型：轻量标签 和 附注标签

    • 轻量标签可以使用如下命令创建

      1
      git update-ref refs/tags/v1.0 a9f2652cb992f300c0a251d3607bdabfe8901bb2

      这条命令会创建一个以标签名命名的文本文件，文件内容位其所引用的commit object的SHA-1值

    • 附注标签可以使用如下命令创建

      1
      git tag -a v1.1 a9f2652cb992f300c0a251d3607bdabfe8901bb2 -m "test tag"

      这条命令会创建一个 tag object, 存储在 .git/objects/ 下

      tag object的存储内容包括：所引用object的SHA-1值

  • 远程引用

    • 如果添加了远程仓库并执行过git push操作，git会记录最近一次push操作时每一个分支所对应的值，保存在 .git/refs/remotes/ 目录下

包文件 pack

每当我们对文件进行修改，git就会创建一个新的blob object（文件内容），如果文件很大，只修改其中的极小一部分内容，会导致严重的磁盘空间浪费。

git的解决方法是：不定时对blob对象打包并移除，生成两个文件

  • pack file (包文件): 采用原始内容+增量内容的形式存储
  • index file (索引文件): 存储各个pack file中object的大小/偏移/类型等数据，从而便于重建文件快照和object的关系

包文件存储在 .git/objects/pack/ 中

可以使用 git verify-pack 查看

当 git push, git pull 等命令时git会自动进行打包，也可以手动使用 git gc 命令来进行打包

Commit

当执行 git commit 时，git会创建一个 commit object，包含指向顶层tree的指针，parent commit的哈希值，和作者/提交者信息/commit message等

工作区 索引 仓库

工作区即我们能看到和编辑的文件

索引（index, staging area) 是一个暂存区域，里面的代码会在下一次commit时被提交到git repo。当 git add xxx 时，该文件会被放在暂存区，同时新增一个 blob.

仓库 (git repository)即 .git 隐藏文件夹里的内容

分支

git分支，本质上只是一个指向commit对象的可变指针

git的底层原理
https://www.billhu.us/2026/068_git/
Author
Bill Hu
Posted on
April 26, 2026
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