LV01-Git-01-版本控制
本文主要是版本控制和Git的基础知识的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。
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| 参考方向 | 参考原文 |
| Git 官网 | https://git-scm.com/ |
| Git 官方文档 | https://git-scm.com/doc |
| Pro Git Book | https://git-scm.com/book/zh/v2 |
| Git 快速使用指南 | https://training.github.com/downloads/zh_CN/github-git-cheat-sheet/ |
| Visual Git Cheat Sheet | https://ndpsoftware.com/git-cheatsheet.html#loc=index |
一、关于版本控制
1. 为什么需要版本控制？
什么是“版本控制”？我为什么要关心它呢？ 版本控制是一种记录一个或若干文件内容变化，以便将来查阅特定版本修订情况的系统。
如果我们是一个图形或网页设计师，可能会需要保存某一幅图片或页面布局文件的所有修订版本（这或许是我们非常渴望拥有的功能），采用版本控制系统（VCS）是个明智的选择。 有了它我们就可以将选定的文件回溯到之前的状态，甚至将整个项目都回退到过去某个时间点的状态，我们可以比较文件的变化细节，查出最后是谁修改了哪个地方，从而找出导致怪异问题出现的原因，又是谁在何时报告了某个功能缺陷等等。 使用版本控制系统通常还意味着，就算我们乱来一气把整个项目中的文件改的改删的删，我们也照样可以轻松恢复到原先的样子。 但额外增加的工作量却微乎其微。
2. 本地版本控制系统
许多人习惯用复制整个项目目录的方式来保存不同的版本，或许还会改名加上备份时间以示区别。 这么做唯一的好处就是简单，但是特别容易犯错。 有时候会混淆所在的工作目录，一不小心会写错文件或者覆盖意想外的文件。为了解决这个问题，人们很久以前就开发了许多种本地版本控制系统，大多都是采用某种简单的数据库来记录文件的历次更新差异。
其中最流行的一种叫做 RCS，现今许多计算机系统上都还看得到它的踪影。 RCS 的工作原理是在硬盘上保存补丁集（补丁是指文件修订前后的变化）；通过应用所有的补丁，可以重新计算出各个版本的文件内容。
3. 集中化的版本控制系统
接下来人们又遇到一个问题，如何让在不同系统上的开发者协同工作？ 于是，集中化的版本控制系统（Centralized Version Control Systems，简称 CVCS）应运而生。 这类系统，诸如 CVS、Subversion 以及 Perforce 等，都有一个单一的集中管理的服务器，保存所有文件的修订版本，而协同工作的人们都通过客户端连到这台服务器，取出最新的文件或者提交更新。 多年以来，这已成为版本控制系统的标准做法。
这种做法带来了许多好处，特别是相较于老式的本地 VCS 来说。 现在，每个人都可以在一定程度上看到项目中的其他人正在做些什么。 而管理员也可以轻松掌控每个开发者的权限，并且管理一个 CVCS 要远比在各个客户端上维护本地数据库来得轻松容易。
事分两面，有好有坏。 这么做最显而易见的缺点是中央服务器的单点故障。 如果宕机一小时，那么在这一小时内，谁都无法提交更新，也就无法协同工作。 如果中心数据库所在的磁盘发生损坏，又没有做恰当备份，毫无疑问你将丢失所有数据——包括项目的整个变更历史，只剩下人们在各自机器上保留的单独快照。 本地版本控制系统也存在类似问题，只要整个项目的历史记录被保存在单一位置，就有丢失所有历史更新记录的风险。
4. 分布式版本控制系统
于是分布式版本控制系统（Distributed Version Control System，简称 DVCS）面世了。 在这类系统中，像 Git、Mercurial、Bazaar 以及 Darcs 等，客户端并不只提取最新版本的文件快照， 而是把代码仓库完整地镜像下来，包括完整的历史记录。 这么一来，任何一处协同工作用的服务器发生故障，事后都可以用任何一个镜像出来的本地仓库恢复。 因为每一次的克隆操作，实际上都是一次对代码仓库的完整备份。
进一步，许多这类系统都可以指定和若干不同的远端代码仓库进行交互。籍此，我们就可以在同一个项目中，分别和不同工作小组的人相互协作。 我们可以根据需要设定不同的协作流程，比如层次模型式的工作流，而这在以前的集中式系统中是无法实现的。
二、Git的发展
同生活中的许多伟大事物一样，Git 诞生于一个极富纷争大举创新的年代。Linux 内核开源项目有着为数众多的参与者。 绝大多数的 Linux 内核维护工作都花在了提交补丁和保存归档的繁琐事务上（1991－2002年间）。 到 2002 年，整个项目组开始启用一个专有的分布式版本控制系统 BitKeeper 来管理和维护代码。
到了 2005 年，开发 BitKeeper 的商业公司同 Linux 内核开源社区的合作关系结束，他们收回了 Linux 内核社区免费使用 BitKeeper 的权力。 这就迫使 Linux 开源社区（特别是 Linux 的缔造者 Linus Torvalds）基于使用 BitKeeper 时的经验教训，开发出自己的版本系统。 他们对新的系统制订了若干目标：
- 速度
- 简单的设计
- 对非线性开发模式的强力支持（允许成千上万个并行开发的分支）
- 完全分布式
- 有能力高效管理类似 Linux 内核一样的超大规模项目（速度和数据量）
自诞生于 2005 年以来，Git 日臻成熟完善，在高度易用的同时，仍然保留着初期设定的目标。 它的速度飞快，极其适合管理大项目，有着令人难以置信的非线性分支管理系统（参见 Git 分支）。
三、Git是什么？
Git 究竟是怎样的一个系统呢？ 在学习 Git 时，还是要尽量理清对其它版本管理系统已有的认识，如 CVS、Subversion 或 Perforce， 这样能帮助我们使用工具时避免发生混淆。尽管 Git 用起来与其它的版本控制系统非常相似， 但它在对信息的存储和认知方式上却有很大差异，理解这些差异将有助于避免使用中的困惑。
1. 直接记录快照，而非差异比较
Git 和其它版本控制系统（包括 Subversion 和近似工具）的主要差别在于 Git 对待数据的方式。 从概念上来说，其它大部分系统以文件变更列表的方式存储信息，这类系统（CVS、Subversion、Perforce、Bazaar 等等） 将它们存储的信息看作是一组基本文件和每个文件随时间逐步累积的差异 （它们通常称作 基于差异（delta-based） 的版本控制）。
图三-1 存储每个文件与初始版本的差异
Git 不按照以上方式对待或保存数据。反之，Git 更像是把数据看作是对小型文件系统的一系列快照。 在 Git 中，每当你提交更新或保存项目状态时，它基本上就会对当时的全部文件创建一个快照并保存这个快照的索引。 为了效率，如果文件没有修改，Git 不再重新存储该文件，而是只保留一个链接指向之前存储的文件。 Git 对待数据更像是一个快照流。
图三-2 存储项目随时间改变的快照
这是 Git 与几乎所有其它版本控制系统的重要区别。 因此 Git 重新考虑了以前每一代版本控制系统延续下来的诸多方面。 Git 更像是一个小型的文件系统，提供了许多以此为基础构建的超强工具，而不只是一个简单的 VCS。 后边我们在Git 分支学习 Git 分支管理时，将探究这种方式对待数据所能获得的益处。
2. 近乎所有操作都是本地执行
在 Git 中的绝大多数操作都只需要访问本地文件和资源，一般不需要来自网络上其它计算机的信息。 如果我们习惯于所有操作都有网络延时开销的集中式版本控制系统，Git 在这方面会让我们感到速度之神赐给了 Git 超凡的能量。 因为我们在本地磁盘上就有项目的完整历史，所以大部分操作看起来瞬间完成。
举个例子，要浏览项目的历史，Git 不需外连到服务器去获取历史，然后再显示出来——它只需直接从本地数据库中读取。 我们能立即看到项目历史。如果我们想查看当前版本与一个月前的版本之间引入的修改， Git 会查找到一个月前的文件做一次本地的差异计算，而不是由远程服务器处理或从远程服务器拉回旧版本文件再来本地处理。
这也意味着我们在离线或者没有 VPN 时，几乎可以进行任何操作。 如我们在飞机或火车上想做些工作，就能愉快地提交（到我们的 本地 副本）， 直到有网络连接时再上传。如回家后 VPN 客户端不正常，那么也仍能工作。 使用其它系统的话，做到这些是不可能或很费力的。 比如，用 Perforce 的话，没有连接服务器时几乎不能做什么事；而用 Subversion 和 CVS 的话， 我们能修改文件，但不能向数据库提交修改（因为我们的本地数据库离线了）。 这样似乎问题不大，但是我们可能会惊喜地发现它带来的巨大的不同。
3. Git 保证完整性
Git 中所有的数据在存储前都计算校验和，然后以校验和来引用。 这意味着不可能在 Git 不知情时更改任何文件内容或目录内容。 这个功能建构在 Git 底层，是构成 Git 哲学不可或缺的部分。 若我们在传送过程中丢失信息或损坏文件，Git 就能发现。
Git 用以计算校验和的机制叫做 SHA-1 散列（hash，哈希）。 这是一个由 40 个十六进制字符（0-9 和 a-f）组成的字符串，基于 Git 中文件的内容或目录结构计算出来。 SHA-1 哈希看起来是这样：
1 | 24b9da6552252987aa493b52f8696cd6d3b00373 |
Git 中使用这种哈希值的情况很多，我们将经常看到这种哈希值。 实际上，Git 数据库中保存的信息都是以文件内容的哈希值来索引，而不是文件名。
4. Git 一般只添加数据
我们执行的 Git 操作，几乎只往 Git 数据库中 添加 数据。 我们很难使用 Git 从数据库中删除数据，也就是说 Git 几乎不会执行任何可能导致文件不可恢复的操作。 同别的 VCS 一样，未提交更新时有可能丢失或弄乱修改的内容。但是一旦我们提交快照到 Git 中， 就难以再丢失数据，特别是如果我们定期的推送数据库到其它仓库的话。
这使得我们使用 Git 成为一个安心愉悦的过程，因为我们深知可以尽情做各种尝试，而没有把事情弄糟的危险。 更深度探讨 Git 如何保存数据及恢复丢失数据的话题，可以参考撤消操作。
5. 三种状态
Git 有三种状态，你的文件可能处于其中之一： 已提交（committed）、已修改（modified） 和 已暂存（staged）。
- 已修改表示修改了文件，但还没保存到数据库中。
- 已暂存表示对一个已修改文件的当前版本做了标记，使之包含在下次提交的快照中。
- 已提交表示数据已经安全地保存在本地数据库中。
这会让我们的 Git 项目拥有三个阶段：工作区、暂存区以及 Git 目录。
图三-3 工作目录、暂存区域以及 Git 仓库
工作区是对项目的某个版本独立提取出来的内容。 这些从 Git 仓库的压缩数据库中提取出来的文件，放在磁盘上供你使用或修改。
暂存区是一个文件，保存了下次将要提交的文件列表信息，一般在 Git 仓库目录中。 按照 Git 的术语叫做“索引”，不过一般说法还是叫“暂存区”。
Git 仓库目录是 Git 用来保存项目的元数据和对象数据库的地方。 这是 Git 中最重要的部分，从其它计算机克隆仓库时，复制的就是这里的数据。
6. 基本的Git工作流程
基本的 Git 工作流程如下：
（1）在工作区中修改文件。
（2）将你想要下次提交的更改选择性地暂存，这样只会将更改的部分添加到暂存区。
（3）提交更新，找到暂存区的文件，将快照永久性存储到 Git 目录。
如果 Git 目录中保存着特定版本的文件，就属于 已提交 状态。 如果文件已修改并放入暂存区，就属于 已暂存 状态。 如果自上次检出后，作了修改但还没有放到暂存区域，就是 已修改 状态。 在 Git 基础 一章，我们会进一步了解这些状态的细节， 并学会如何根据文件状态实施后续操作，以及怎样跳过暂存直接提交。
四、一些术语
| 术语 | 说明 |
| git | 一个开源的分布式版本控制系统 |
| GitHub | 一个托管和协作管理 Git 仓库的平台 |
| commit 提交 | 一个 Git 对象，是我们整个仓库的快照的哈希值 |
| branch 分支 | 一个轻型可移动的 commit 指针 |
| clone | 一个仓库的本地版本，包含所有提交和分支 |
| remote 远端 | 一个 GitHub 上的公共仓库，所有小组成员通过它来交换修改 |
| fork | 一个属于另一用户的 GitHub 上的仓库的副本 |
| pull request 拉取请求 | 一处用于比较和讨论分支上引入的差异，且具有评审、评论、集成测试等功能的地方 |
| HEAD | 代表当前的工作目录。使用git checkout 可移动 HEAD 指针到不同的分支、标记(tags)或提交 |
后边我们会逐渐接触到这些术语。