你好!我一直在投入写作一本关于 Git 的小册,因此我对 Git 分支投入了许多思考。我不断从他人那里听说他们觉得 Git 分支的操作方式违反直觉。这使我开始思考:直觉上的分支概念可能是什么样,以及它如何与 Git 的实际操作方式区别开来?
在这篇文章中,我想简洁地讨论以下几点内容:
- 我认为许多人可能有的一个直觉性的思维模型
- Git 如何在内部实现分支的表示(例如,“分支是对提交的指针”)
- 这种“直觉模型”与实际操作方式之间的紧密关联
- 直觉模型的某些局限性,以及为何它可能引发问题
本文无任何突破性内容,我会尽量保持简洁。
分支的直观模型
当然,人们对分支有许多不同的直觉。我自己认为最符合“苹果树的一个分支”这一物理比喻的可能是下面这个。
我猜想许多人可能会这样理解 Git 分支:在下图中,两个红色的提交就代表一个“分支”。
我认为在这个示意图中有两点很重要:
- 分支上有两个提交
- 分支有一个“父级”(
main
),它是这个“父级”的分支
虽然这个观点看似合理,但实际上它并不符合 Git 对于分支的定义 — 最重要的是,Git 并没有一个分支的“父级”的概念。那么,Git 又是如何定义分支的呢?
在 Git 里,分支是完整的历史
在 Git 中,一个分支是每个过去提交的完整历史记录,而不仅仅是那个“分支”提交。因此,在我们上述的示意图中,所有的分支(main
和branch
)都包含了 4 次提交。
我创建了一个示例仓库,地址为:https://github.com/jvns/branch-example。它设置的分支方式与前图一样。现在,我们来看看这两个分支:
main
分支包含了 4 次提交:
$ git log --oneline main
70f727a d
f654888 c
3997a46 b
a74606f a
mybranch
分支也有 4 次提交。最后两次提交在这两个分支里都存在。
$ git log --oneline mybranch
13cb960 y
9554dab x
3997a46 b
a74606f a
因此,mybranch
中的提交次数为 4,而不仅仅是 2 次“分支”提交,即13cb960
和9554dab
。
你可以用以下方式让 Git 绘制出这两个分支的所有提交:
$ git log --all --oneline --graph
* 70f727a (HEAD -> main, origin/main) d
* f654888 c
| * 13cb960 (origin/mybranch, mybranch) y
| * 9554dab x
|/
* 3997a46 b
* a74606f a
分支以提交 ID 的形式存储
在 Git 的内部,分支会以一种微小的文本文件的形式存储下来,其中包含了一个提交 ID。这就是我一开始提及到的“技术上正确”的定义。这个提交就是分支上最新的提交。
我们来看一下示例仓库中main
和mybranch
的文本文件:
$ cat .git/refs/heads/main
70f727acbe9ea3e3ed3092605721d2eda8ebb3f4
$ cat .git/refs/heads/mybranch
13cb960ad86c78bfa2a85de21cd54818105692bc
这很好理解:70f727
是main
上的最新提交,而13cb96
是mybranch
上的最新提交。
这样做的原因是,每个提交都包含一种指向其父级的指针,所以 Git 可以通过追踪这些指针链来找到分支上所有的提交。
正如我前文所述,这里遗漏的一个重要因素是这两个分支间的任何关联关系。从这里能看出,mybranch
是main
的一个分支——这一点并没有被表明出来。
既然我们已经探讨了直观理解的分支概念是如何不成立的,我接下来想讨论的是,为何它在某些重要的方面又是如何成立的。
人们的直观感觉通常并非全然错误
我发现,告诉人们他们对 Git 的直觉理解是“错误的”的说法颇为流行。我觉得这样的说法有些可笑——总的来说,即使人们关于某个题目的直觉在某些方面在技术上不精确,但他们通常会有完全合理的理由来支持他们的直觉!即使是“不正确的”模型也可能极其有用。
现在,我们来讨论三种情况,其中直觉上的“分支”概念与我们实际在操作中如何使用 Git 非常相符。
变基操作使用的是“直观”的分支概念
现在,让我们回到最初的图片。
当你在main
上对mybranch
执行变基rebase操作时,它将取出“直观”分支上的提交(只有两个红色的提交)然后将它们应用到main
上。
执行结果就是,只有两次提交(x
和y
)被复制。以下是相关操作的样子:
$ git switch mybranch
$ git rebase main
$ git log --oneline mybranch
952fa64 (HEAD -> mybranch) y
7d50681 x
70f727a (origin/main, main) d
f654888 c
3997a46 b
a74606f a
在此,git rebase
创建了两个新的提交(952fa64
和7d50681
),这两个提交的信息来自之前的两个x
和y
提交。
所以直觉上的模型并不完全错误!它很精确地告诉你在变基中发生了什么。
但因为 Git 不知道mybranch
是main
的一个分叉,你需要显式地告诉它在何处进行变基。
合并操作也使用了“直观”的分支概念
合并操作并不复制提交,但它们确实需要一个“基础base”提交:合并的工作原理是查看两组更改(从共享基础开始),然后将它们合并。
我们撤销刚才完成的变基操作,然后看看合并基础是什么。
$ git switch mybranch
$ git reset --hard 13cb960 # 撤销 rebase
$ git merge-base main mybranch
3997a466c50d2618f10d435d36ef12d5c6f62f57
这里我们获得了分支分离出来的“基础”提交,也就是3997a4
。这正是你可能会基于我们的直观图片想到的提交。
GitHub 的拉取请求也使用了直观的概念
如果我们在 GitHub 上创建一个拉取请求,打算将mybranch
合并到main
,这个请求会展示出两次提交:也就是x
和y
。这完全符合我们的预期,也和我们对分支的直观认识相符。
我想,如果你在 GitLab 上发起一个合并请求,那显示的内容应该会与此类似。
直观理解颇为精准,但它有一定局限性
这使我们的对分支直观定义看起来相当准确!这个“直观”的概念和合并、变基操作以及 GitHub 拉取请求的工作方式完全吻合。
当你在进行合并、变基或创建拉取请求时,你需要明确指定另一个分支(如git rebase main
),因为 Git 不知道你的分支是基于哪个分支的。
然而,关于分支的直观理解有一个比较严重的问题:你直觉上认为main
分支和某个分离的分支有很大的区别,但 Git 并不清楚这点。
所以,现在我们要来讨论一下 Git 分支的不同种类。
主干和派生分支
对于人类来说,main
和mybranch
有着显著的区别,你可能针对如何使用它们,有着截然不同的意图。
通常,我们会将某些分支视为“主干trunk”分支,同时将其他一些分支看作是“派生”。你甚至可能有派生的派生分支。
当然,Git 自身并没有这样的区分(“派生”是我刚刚构造的术语!),但是分支的种类确实会影响你如何处理它。
例如:
- 你可能会想将
mybranch
变基到main
,但你大概不会想将main
变基到mybranch
—— 那就太奇怪了! - 一般来说,人们在重写“主干”分支的历史时比短期存在的派生分支更为谨慎。
Git 允许你进行“反向”的变基
我认为人们经常对 Git 感到困惑的一点是 —— 由于 Git 并没有分支是否是另一个分支的“派生”的概念,它不会给你任何关于何时合适将分支 X 变基到分支 Y 的指引。这一切需要你自己去判断。
例如,你可以执行以下命令:
$ git checkout main
$ git rebase mybranch
或者
$ git checkout mybranch
$ git rebase main
Git 将会欣然允许你进行任一操作,尽管在这个案例中git rebase main
是极其正常的,而git rebase mybranch
则显得格外奇怪。许多人表示他们对此感到困惑,所以我提供了一个展示两种变基类型的图片以供参考:
相似地,你可以进行“反向”的合并,尽管这相较于反向变基要正常得多——将mybranch
合并到main
和将main
合并到mybranch
都有各自的益处。
下面是一个展示你可以进行的两种合并方式的示意图:
Git 对于分支之间缺乏层次结构感觉有些奇怪
我经常听到 “main
分支没什么特别的” 的表述,而这令我感到困惑——对于我来说,我处理的大部分仓库里,main
无疑是非常特别的!那么人们为何会称其为不特别呢?
我觉得,重点在于:尽管分支确实存在彼此间的关系(main
通常是非常特别的!),但 Git 并不知情这些关系。
每当你执行如git rebase
或git merge
这样的git
命令时,你都必须明确地告诉 Git 分支间的关系,如果你出错,结果可能会相当混乱。
我不知道 Git 在此方面的设计究竟“对”还是“错”(无疑它有利有弊,而我已对无休止的争论感到厌倦),但我认为,这对于许多人来说,原因在于它有些出人意料。
Git 关于分支的用户界面也同样怪异
假设你只想查看某个分支上的“派生”提交,正如我们之前讨论的,这是完全正常的需求。
下面是用git log
查看我们分支上的两次派生提交的方法:
$ git switch mybranch
$ git log main..mybranch --oneline
13cb960 (HEAD -> mybranch, origin/mybranch) y
9554dab x
你可以用git diff
这样查看同样两次提交的合并差异:
$ git diff main...mybranch
因此,如果你想使用git log
查看x
和y
这两次提交,你需要用到两个点(..
),但查看同样的提交使用git diff
,你却需要用到三个点(...
)。
我个人从来都记不住..
和...
的具体用意,所以我通常虽然它们在原则上可能很有用,但我选择尽量避免使用它们。
在 GitHub 上,默认分支具有特殊性
同样值得一提的是,在 GitHub 上存在一种“特殊的分支”:每一个 GitHub 仓库都有一个“默认分支”(在 Git 术语中,就是HEAD
所指向的地方),具有以下的特别之处:
- 初次克隆仓库时,默认会检出这个分支
- 它作为拉取请求的默认接收分支
- GitHub 建议应该保护这个默认分支,防止被强制推送,等等。
很可能还有许多我未曾想到的场景。
总结
这些说法在回顾时看似是显而易见的,但实际上我花费了大量时间去搞清楚一个更“直观”的分支概念,这是因为我已经习惯了技术性的定义,“分支是对某次提交的引用”。
同样,我也没有真正去思索过如何在每次执行git rebase
或git merge
命令时,让 Git 明确理解你分支之间的层次关系——对我而言,这已经成为第二天性,并没有觉得有何困扰。但当我反思这个问题时,可以明显看出,这很容易导致某些人混淆。