Git版本管理原理：从快照到内容寻址
Git版本管理原理：从快照到内容寻址
Git作为现代软件开发中最常用的版本控制系统，其强大的分支管理、合并和回溯功能令人印象深刻。但你是否好奇过，Git是如何通过一个小小的仓库实现庞大文件的版本管理？为什么明明没有倍增式存储却还能轻松地完成合并与分支操作？本文将从Git的快照机制入手，深入浅出地解析Git版本管理的核心原理。
快照机制：Git与SVN的存储方式对比
要理解Git的版本管理原理，首先需要了解Git与SVN这两种主流版本控制系统在存储方式上的根本区别。
SVN（Subversion）：以文件为维度，记录每个文件在每个版本下的变化（delta改变）。每次提交只记录文件的变化部分，而不是整个文件。这种存储方式使得SVN存储的数据相对较小，因为它只存储了每个文件的变化，而不是整个文件的副本。
Git：以每次提交为维度，对当前所有文件做一次全量快照，然后将该快照作为一个整体存储。这意味着每次提交都包含了整个项目的状态，而不仅仅是文件的变化部分。虽然Git存储的数据量相对较大，但这种存储方式使得Git在操作上更加灵活，可以轻松地进行分支、合并等操作。
以下是两张图，可以更直观地显示出两者之间的区别：
全量快照与内容重用
在计算机领域中，快照（snapshot）通常指的是存储快照，即在某个时间点对数据集的完整拷贝。Git采用的是一种特殊的快照方式——全量快照（full snapshot），但这并不意味着每次提交都会完整复制所有文件。Git通过内容重用机制来优化存储：
全量快照（Full Snapshot）：在全量快照中，整个数据集或文件系统的状态被完整地复制并保存。无论是第一次备份还是后续备份，都会复制整个数据集。
增量快照（Incremental Snapshot）：在增量快照中，只有自上次备份以来发生更改的部分被复制并保存。这意味着每次备份只会存储自上次备份以来的变化。
Git通过内容重用来解决存储问题：每次提交时，Git会计算每个文件的哈希值。如果某个文件的哈希值已经存在于仓库中，说明相同的文件内容已经被存储过了，Git将会重用这个已经存在的对象，而不是重复存储相同的内容。这种机制使得Git即使在处理大型项目时也能保持高效的存储和管理。
哈希与内容寻址
Git使用SHA-1哈希算法为每个对象生成唯一标识符。每个Git对象，包括文件内容（blob）、目录结构（tree）、提交信息（commit）等，都会被计算出一个唯一的哈希值。哈希值是根据对象的内容计算得出的，只要对象内容不同，哈希值就会不同。这确保了Git中的每个对象都具有唯一性。
Git使用哈希值来寻址对象。这意味着Git的对象数据库是一个键值对结构，其中键是对象的哈希值，而值则是对象的内容。通过使用哈希值作为对象的唯一标识符，Git可以确保对象在存储和检索时是完整和一致的。
以一般的流程为例，我们会先用git add指令将文件添加到暂存区，而后用git commit来提交。现在假设我们在工作目录下新增俩文件Ham， Bur。同时执行了一次git add添加了这三份文件。那么此时git add做了如下两件事：
首先，它给这三个文件分别创建2个索引添加到暂存区中。Git通过SHA-1这种哈希算法，遍历每一个文件，根据文件内容等信息，为文件创建索引。以后，只要根据这个索引，我们就可以取出一个文件中的完整内容。
然后，Git对当前的暂存区拍了一张照片，也就是我们所说的快照，并将快照放入版本库。快照里包括什么内容呢？快照里包括我们刚才说的文件索引和文件完整内容（类似于key-value的结构）。同时，Git采用内置的blob对象来存储这三个文件的快照。
接下来，我们执行git commit，这个命令又做了两件事：
首先，零散的文件得有一个目录结构吧？所有它用一个内置的tree对象，把文件的目录结构保存下来。
然后，Git在这个tree对象上又包了一层，创建了一个commit对象，这个commit对象也是我们说的Git进行版本管理的最终对象。commit对象里包含了tree对象，还包含作者、提交评论等信息。
在执行git commit时对当前暂存区的情况进行状态记录。这个状态记录包含了文件的索引、文件的完整内容以及文件的目录结构。这些信息将被存放到Git版本库下，并用Git内置的blob（文件内容）、tree（目录结构）、commit（提交信息）对象进行存储。
总结
Git通过快照机制和内容寻址实现了高效、灵活的版本管理。虽然Git的存储方式看起来似乎会占用更多空间，但通过内容重用机制，Git能够有效地节省存储空间。同时，这种存储方式使得Git在处理分支、合并等操作时具有天然的优势。理解Git的这些底层原理，有助于我们更好地使用Git，提高开发效率。