什么是Git的分支?_git中的分支是什么

引言 

        分支模型被称为Git 的 “杀手性能”（ “killer feature” ），使众多的VCS甘拜下风。其分支处理方式使得Git既能在几乎一瞬间创建新分支，也能同样快捷地在不同分支之间来回切换。

        几乎所有的VCS（版本控制系统）都支持分支。说到分支，是指可以从主线上把某个工作（例如增加性能或去除bug等）分离出来进行，而不会对主线的工作产生影响。等到把分离出来的工作完成后，再通过合并把它融入到主线中去。

    形象地说，分支有点像树干上长出树枝。但是这里的树干及树枝都是由Git中的提交“连接”而成的，就像一个“串”。所以也可以说，分支是以Git的提交为元素所形成的有限序列，不妨称之为提交串。

    每个Git仓库有一个主分支，就相当于树干，是在仓库建立时自动生成的，名为main或master。在首次提交成功之后，任一分支（作为提交串或有限序列）都可记为X=（x1,……，xn），其中X是分支名，x1是首次提交，而最后一个元素xn则是X中最新的提交。Git中常常可以只用几个字符来表示一个提交（称为提交号），所以在下面的图1中，仓库的主分支可以表示为master =（98ca9, 34ac2, f30ab），而master上的分支testing则可以表示成testing =（98ca9, 34ac2, f30ab, 87ab2）。

                                  图1   主分支master与 主分支上的分支testing

    从图1中还可看出两点，一是分支testing的“分叉点”在提交f30ab处（这是分支的起点）；二是在分支testing中又进行过一次提交（87ab2），而且仓库的HEAD指针现在指向testing分支（从而指向提交87ab2），说明testing是当前分支，而87ab2是testing中的最新提交。

    在Git仓库中创建一个新分支很容易，只要在Git Bash命令窗口输入：

 $ git branch X（$是Git的命令提示符），

就会在当前分支创建一个名为X的新分支。如果要在指定的提交xxxxx处创建一个名为Y的分支，则需要在分支名Y后面输入指定的提交号：

$ git branch Y xxxxx 。

如果想要切换当前活动分支，使Git的HEAD指针指向分支X，就需要命令：

$git switch X     （switch也可换成checkout）

此外，用命令$git branch 还可以列出仓库里所有分支，且在活动分支名前标一个*号。

      要体验 Git分支功能所带来的效率，就需要理解Git如何处理分支，因而需要了解Git的提交。

一、提交对象

        在进行提交时Git会存储一个提交对象（commit object），其中包含着一个指针，它指向此次提交时暂存内容的快照（实际上是指向所谓“树对象”tree，见图2）。除此之外，提交对象中还包含：1）作者、提交者姓名及电子邮箱地址，2）输入的提交信息，3）指向“上一个提交”（当前提交的“父级”提交）的指针。可见，提交对象中包括了“快照放在哪里、哪个作者要干啥以及父级提交是谁”等信息。

        由此看来，提交对象一般包含有两个指针。但也不尽然：例如一个仓库的首次提交是“从天而降”的，它没有父级（或者说有“零个”父级），所以第二个指针为空。此外，尽管一般的提交恰有一个父级，但对于由两个（或多个）分支合并产生的提交，却会有两个（或多个）父级（的指针）。

       关于Git提交的内部（底层）原理，参见https://git-scm.com/book/en/v2/Git-Internals-Git-Objects 。本文希望给出一个较简单易懂的叙述，但不一定十分严谨。

二、几个例子

        为了易于理解，让我们先来考察两个例子。

例1  假设建立Git仓库后，我们在当前工作目录中编写了三个文件，名为README、test.rb和LICENSE。下面我们想把这三个文件提交给Git的本地仓库（以对它们进行追踪），这需要两个步骤：

1）把这三个文件添加到Git的暂存区，命令是：$ git add README test.rb LICENSE

此时Git计算每个文件的“校验和”（由SHA-1 生成的哈希值），将当前版本的文件快照存储到 Git 存储库（作为 blob对象），并将校验和添加到暂存区域等待提交。

2）提交的命令为：$ git commit -m 'Initial commit'

此时Git 首先校验工作目录的每个子目录并将它们作为“树对象”存入存储库中；然后Git 创建提交对象。注意，一个Git仓库中，上述对象的“校验和”常常只需要写出前面几位就够了，例如图2至图3中是五位。

        现在来回顾Git存储库在提交过程中出现的变化：首先，在git add命令完成后增加了三个 blob对象（对应着三个文件的内容，如图2右侧所示）；然后，在git commit命令完成后又增加了两个对象，一个是目录树对象（列有目录结构和内容并指明哪些文件存储成哪些 blob ，如图2中间所示），另一个就是提交对象（图2左边的 “98ca9”）。

        而且，从图2中各对象的关系可见，一次提交产生的所有对象是可以被连结在一起的（通过追踪指针或哈希值），而且以提交对象为其首。

        于是我们看到，Git仓库中的每一次提交都会在Git存储库中生成一组对象（如图2所示）。这组对象以提交对象为首，记录了此次提交时仓库的状态（包括工作区状态和各文件版本的状态）。

        回到图1中，就不难理解用五个字符98ca9表示的首次提交了，它取自该提交中提交对象的哈希值的前五位    。

        图2是首次提交的一个示意图，其中仍用哈希值的前五位表示该提交的各个组成部分：

   

                              图2  Git提交生成的对象：提交对象、目录树对象、blob对象

 例2  在例1的基础上，假定我们接下来在工作区中修改了三个文件中的一个。然后执行一下查看工作区状态的命令（这可能是Git最常用的一个命令）：

$ git status

Git此时就会提醒我们，需要重新提交更改了的文件。当再次提交完成后，新的提交对象就会包含一个指向父级提交对象的指针，示意图如下：

图3  左边为首次提交98ca9，右边为第二次提交34ac2，其中98ca9为父级提交

     

结论  从上面的两个例子我们可以看出如下几点：

1、Git的每一个提交都可以用其提交对象的哈希值（包含40个字符）表示，不过常常只需要引用其前几位就够了，在上面的示意图（图1-图3）中使用了前五位，不过Git也常常引用前七位。

2、所有的提交对象在Git存储库中会自然形成一些提交串，每个分支都是一个“串”，由那些指向父级提交的指针把它们串起来，而分支的最新提交则是这个串的头。

3、在建立了Git仓库而没有提交的时侯，Git存储库只有一个主分支，它是一个 “空串”。在只有主分支的情况下，Git存储库中只有一个串，即主分支。其中的提交构成一个序列，形如master=（x1,……,xn）。

注意：因为Git的提交都可以用其提交对象的哈希值（或者其哈希值的前几位）来表示，所以称这个值之为该提交的提交号 （commit ID）。

例3  在下图的上半部分中，主分支包含4个提交: master=（98ca9,  34ac2,  f30ab,  c269e）。如果这时我们发现需要修改第3个提交f30ab的内容，就可以在主分支上的提交f30ab处，新建一个分支testing。Git命令为:

$git branch testing f30ab；

$git checkout testing

第一行命令在提交f30ab处建立新分支testing，第二行命令把仓库的HEAD指针切换到新分支testing，从而所进行的修改都会不影响主分支的内容。  

                    图4  在主分支的f30ab处建立分支testing后，已完成了一个提交87ab2

       

假定修改完成后，我们进行提交，其提交号为87ab2。那么此时的testing分支作为提交序列就是testing =（98ca9,34ac2,f30ab,87ab2），见图4中的下半部分。

三、分支是什么

        尽管分支X可以直观地画成一个串，但别忘了它实际上是由提交构成的序列，序列的最后一个元素xn是最新提交，也就是“提交串的头“。

        抓住了这个“头”也就确定了这个分支。于是Git需要设置分支的所谓“指针”来盯住这个“头”！因此，在实现的层面上来看，我们创建一个新分支只涉及到下面两件事：

1）为新分支命名；

2）创建一个与新分支同名的文本文件，用该文件记录分支中最新提交xn 的提交号（是全部40个字符而不只是前几位）！注意，在新创建分支时，该文件中记录的是分支点处的提交号。

例4  在上一个例子中，当我们在主分支上的提交f30ab处新建分支testing后，Git就创建了一个文本文件testing，在其中记录了提交f30ab的完整哈希值。不难想象，当我们在分支testing中完成新提交87ab2后，提交序列变成

testing =（98ca9,34ac2,f30ab,87ab2），

从而文件testing的内容跟着变成了提交87ab2的哈希值！

而且，当新分支中又有新提交xn+1 完成后，该文件的内容会变成提交xn+1 的哈希值，这也意味着分支指针向前移动了一步。

        于是我们可以这样来定义：Git 分支就是指向提交（对象）的可移动的指针，它随着分支里提交的变化而移动。除了主分支外，其它分支都是从某个提交处分叉的，我们称此提交为分叉点，例如在图4中，提交f30ab是分支testing的分叉点。

        本文最后，我们给出一组图片，补充说明分支建立时Git的一些动静。

 例5   查看仓库的分支情况（命令见下图），Git返回的信息是：仓库01有两个分支，主分支main和test，而且仓库的HEAD指针指向主分支main。

     上述结论也可以从Windows资源管理器中看到。下图说明，在仓库文件夹01/.git/refs/heads/中，恰有两个描述分支的文件 main和test：

       下面在当前分支main上创建一个新分支newone，注意分支起点是提交4288: 

       上述命令执行后，在仓库文件夹01/.git/refs/heads/中，马上增加了一个描述分支的文件 newone：

 而这个文件newone的内容只有一行40个字符，外加一个换行符：

有兴趣的读者不妨在分支newone中完成几个提交，同时观察一下文件newone内容的变化。

例6  我们也可以从Windows资源管理器中看到仓库的HEAD指针现在指向主分支main，如下图。

 图中下方的红箭头指向01仓库中的文件01/.git/HEAD，它用来记录谁是当前分支。而上方的箭头所指是文件HEAD的内容，它说明当前分支是主分支main。