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Git 客户端在 WebIDE 中的实现

Coding WebIDE 是 Coding.net 自主研发的在线集成开发环境 (IDE)。你可以通过 WebIDE 创建项目的工作空间, 进行在线开发, 调试等操作,有功能健全的 Terminal。由于 Git 使用门槛偏高, WebIDE 提供了便利的 GUI 界面,在此前,WebIDE 实现了基本的 Git 客户端特性。本次更新,增加了 merge,stash,rebase,reset, tags 几个高级特性,使得开发者使用 WebIDE 的效率大大提升!以下为 Coding.net 工程师在实现 WebIDE 中 Git 功能的心得分享。

版本控制

管理文档、程序、配置等文件内容变化的的系统。

其实版本控制很想 并不难理解,其实即使不是编程人员对他也不会陌生,比如 windows 的系统还原,mac 的 timemachine。他们在某一时刻,记录下系统的状态或文件的内容,然后在需要的时候可以恢复。

对于程序员来说,他有以下好处:

  1. 恢复:当不小心删除了文件、或者改错了文件,可以恢复文件内容

  2. 回滚:新版本出现了重大问题,可以回滚到上一正确的状态。

  3. 协作:不同开发者根据同一个版本进行开发,形成不同版本可以方便的合并在一起。

常见的版本控制系统

常见的版本控制系统有 CVS、SVN、Mercurial、Git 等。

这四个版本控制系统可以根据对网络的要求分成两组,一组是CVS、SVN,一组是 Mercurial、Git。

  • CVS、SVN:使用中央仓库,开发者需要从中央仓库中取出代码

  • Mercurial、Git:使用本地仓库,开发者可以本地开发

第一组要求必须连到公司的网络才能办公,而第二组仓库在本地,意味着不用连接到公司的网络,进一步可以说是离线就可以办公。

像Git、Mercurial这样的分布式的版本控制系统变得越来越流行,正在慢慢取代像CVS、SVN“中央式“的版本控制系统。

为什么选择 Git

是什么原因让 git 从这么多的版本控制系统中脱颖而出呢?

  1. 本地提交:这意味着无论你是在家里、还是地铁上都可以离线工作了,不需要连到公司的网络。

  2. 轻量级分支:git 的轻量级分支使得你可以快速的切换项目版本。这种特性在某些场景下特别重要,尤其是当我们正在开发过程中,突然发现一个紧急bug需要修复,我们可以快速切换分支,修复bug。

  3. 解决冲突方便:正因为有轻量级的分支,git也鼓励我们使用分支进行开发。但是当我们将分支合并到主干时,不可避免的会出现冲突,而 git 解决冲突的方式对用户非常的友好

  4. 有 Github、Coding 这样强大的代码托管平台支持:在 Github 和 Coding 上有非常多的开源代码,而且这两个平台上的用户非常的活跃,使用 git,有助于接触更多优秀的项目、优秀的开发者,对我们的成长有非常大的帮助。

Git 原理

例子

一段经典的 git 操作。

touch README.md git add README.md git commit -m "add readme" 

touch READEME.md 可以代表创建、修改文件操作

git add README.md 表示将对文件的改动添加到暂存区

git commit -m "add readme" 表示将改动提交到仓库

这些我们都已经知道了,那么添加到暂存区、提交到仓库具体是什么意思?

三种状态

Git 客户端在 WebIDE 中的实现

git 有三种状态:工作区、暂存区、本地仓库。

  • add:工作区 -> 暂存区

  • commit:暂存区 -> 本地仓库

工作目录我们是知道的,我们平时编写代码,就是在工作目录中完成的。

暂存区也叫做索引,保存了下次将提交的文件列表。

本地仓库是 Git 用来保存项目的数据的地方。提交代码,意味着将文件内容永久保存到数据库中。

首先看一下本地仓库,项目中的文件在本地仓库中是以快照的形式来保存的。

git 中的快照

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每一个 version,都是项目的一次完整快照。而快照中没有修改的文件,Git 使用链接指向之前存储的文件。

这就带来了一个问题,链接是什么?怎么快速的知道文件内容是否发生了改变?git 中的方案是使用 SHA-1。

SHA-1

echo 'test content' | git hash-object --stdin d670460b4b4aece5915caf5c68d12f560a9fe3e4 

特点:

  • 由文件内容计算出的hash值
  • hash值相同,文件内容相同
  • 作为唯一 id

SHA-1将文件中的内容通过算法生成一个 160bit 的报文摘要,即40个十六进制数字。SHA-1的一个重要特征就是几乎可以保证,如果两个文件的SHA-1值是相同的,那么它们确是完全相同的内容。

上面的代码,无论运行几次,得到的 hash 值都是一样的。这个hash值可以看作是该文件的唯一id。

Git 中所有数据在存储前都计算该hash值,然后用该hash值来引用。因此这个 id 除了可以唯一表示任何版本中的文件,还可以表示任何一次提交、任何一次代码的快照。

实际存储在 git 中的数据

find .git/objects -type f

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我们来看一下实际存储在git中的数据,看起来比较乱,这些数据存放在 .git/objects,然后使用sha-1计算的hash值的前两位作为文件夹的名字,后面的38位作为文件的名字。

在这么多的文件中,其实可以分为4种类型,分别是 blob、commit、tree 和 tag。

将上面的内容经过按照这些类型整理可以得到类似下面的关系(忽略 tag)。

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每一个线框表示了一个object,也就是 objects 目录下的一个文件。

每个 object 上面的这个字母与数字组合的字符串,就是object的上一目录名+文件名,也就是 sha-1 hash 值。

每个 object 的第一行格式是一致的,都由两列组成,第一列表示了 object 的类型,第二列是文件内容的长度。

接下来我们分别看一下每种类型:

blob:用来存放项目文件的内容,项目的任意文件的任意版本都是以 blob 的形式存放的。但是不包括文件的路径、名字、格式等其它描述信息。

tree:用来表示项目中的目录,我们知道,目录中有文件、有子目录。因此 tree 中有 blob、子 tree。这是与目录的对应。tree 中还包含了文件的路径以及名称。从顶层的 tree 纵览整个树状的结构,叶子结点就是blob,表示文件的内容,非叶子结点表示项目的目录,那么 顶层的 tree 对象就代表了当前项目的快照

commit:一个commit表示一次提交。里面的 tree 的值指向了项目的快照。还有一些其它的信息,比如 parent,committer、author、message 等信息。

tree 看成一个树状的结构,blob 可以作为其中的叶子结点出现。commit 可以看作是一个DAG,有向无环图。因为 commit 可以有一个 parent,也可以有两个或者多个parent。

至此,本地仓库我们就了解完了。接下来看一下暂存区。

暂存区

暂存区是工作区与本地仓库之间的一个缓冲,它保存了下次将提交的文件列表信息。它其实是一个文件,路径为: .git/index 。由于该文件是一个二进制文件,没办法直接看它的内容,但是可以使用 git 命令查看。

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每列的含义依次为,文件权限、文件 blob、文件状态、文件名。

第二列指的是文件的 blob。这个 blob 存放了文件暂存时的内容。

我们操作暂存区的场景是这样的,每当编辑好一个或几个文件后,把它加入到暂存区,然后接着修改其他文件,改好后放入暂存区,循环反复。直到修改完毕,最后使用 commit 命令,将暂存区的内容永久保存到本地仓库。

这个过程其实就是构建项目快照的过程,因此可以说暂存区是用来构建项目快照的区域。

分支

接下来看一下分支的概念,首先看一张图:

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这张图中的每一个点表示了一个commit。从这张图中我们可以看出的信息有:

  • 从任意一点分歧出来的线都可以叫做分支

  • 分支可以合并

分支的实现

在 .git/HEAD 文件中,保存了当前的分支。

cat .git/HEAD =>ref: refs/heads/master 

其实这个 ref 表示的就是一个分支,它也是一个文件,我们可以继续看一下这个文件的内容:

cat .git/refs/heads/master => 2b388d2c1c20998b6233ff47596b0c87ed3ed8f8 

可以看到分支存储了一个 object,我们可以使用 cat-file 命令继续查看该 object 的内容。

git cat-file -p 2b388d2c1c20998b6233ff47596b0c87ed3ed8f8 => tree 15f880be0567a8844291459f90e9d0004743c8d9 => parent 3d885a272478d0080f6d22018480b2e83ec2c591 => author Hehe Tan <xiayule148@gmail.com> 1460971725 +0800 => committer Hehe Tan <xiayule148@gmail.com> 1460971725 +0800 =>  => add branch paramter for rebase 

从上面的内容,我们知道了分支指向了一次提交。为什么分支指向一个提交的原因,其实也是git中的分支为什么这么轻量的答案。

因为分支就是指向了一个 commit 的指针,当我们提交新的commit,这个分支的指向只需要跟着更新就可以了,而创建分支仅仅是创建一个指针。

至此git的原理就讲完了,接下来看一下 JGit。

JGit

JGit 是一个用 Java 实现的比较健全的 git 实现,Eclipse IDE 中的 git 插件 Egit,就是基于 JGit 开发的。同 git 一样,它提供了底层命令和高层命令。

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高层命令的入口是 Git 类。高层命令好理解,我们使用 git 的客户端绝大多数命令都是高层命令。

比如 add、commit、checkout 等都是高层命令,他们提供了友好的交互,往往一条命令就能完成你所想要的效果。

底层命令的入口是 Repository 类。底层命令不同于高层命令,它们直接作用域 仓库(Repository)。比如 AbstractTreeIterator,就是用来遍历 Tree 结构的,DirCache 是用来操作暂存区的,RevWalk 是用来遍历 commit 的,ObjectInsert 是用来生成 obj的,ObjectLoader 是用来加载 object。

一条高层命令往往是由多条底层命令组成的。

Repository(仓库)

作为一切的开始,你需要一个 Repository。

Repository repository = new FileRepositoryBuilder()                 .setGitDir(new File("/home/tan/GitTest/.git"))                 .readEnvironment()                 .build(); 

使用时只需要将仓库的路径传进来就可以了,它会自动读取一些必要的环境变量。

ObjectInserter

ObjectInserter用来将数据插入到git数据库中,也就是 objects 目录下。插入的类型为我们刚才提到的四种,分别是 Blob、Tree、Commit、Tag。

try (ObjectInserter inserter = repo.newObjectInserter()) {     ObjectId objectId = inserter.insert(Constants.OBJ_BLOB,          new String("test").getBytes());     inserter.flush(); } 

第二个参数表示要插入的数据,该数据会自动使用 zlib 压缩。

TreeWalk

用来遍历目录结构,可以为工作区、暂存区或项目快照(版本库)。

 try (TreeWalk treeWalk = new TreeWalk(repo)) {     treeWalk.setRecursive(true);      treeWalk.addTree(new FileTreeIterator(repo));     treeWalk.addTree(new DirCacheIterator(repo.readDirCache()));      while (treeWalk.next()) {         AbstractTreeIterator treeIterator                  = treeWalk.getTree(0, AbstractTreeIterator.class);         DirCacheIterator dirCacheIterator                  = treeWalk.getTree(1, DirCacheIterator.class);      } }  

TreeWalk 是用来遍历树这种结构的,它比较厉害的一点是可以同时遍历多棵树,遍历多课树的思路为将文件列表做一个合并,然后遍历这个列表,没有的调用 getTree 会返回 null 值。

其实 git status 就是这种原理来做的:

  1. changed: 在版本库、idnex 中都存在,内容不同
  2. removed: 在版本库存在,在 index 不存在
  3. added:在 index 存在,在版本库不存在
  4. untracked:不在版本库和 index,只在工作目录中存在
  5. modified:在 index,在工作区,且文件内容不同
  6. missing:在 index 存在,在工作区不存在

RevWalk

RevWalk 用来遍历 Commit。

 try (RevWalk revWalk = new RevWalk(repository)) {     revWalk.markStart(one);     revWalk.markStart(two);      revWalk.setRevFilter(RevFilter.MERGE_BASE);      RevCommit base = revWalk.next(); }  

我们这个例子,标记了两个 commit,我们设置的 filter 是 MERGE_BASE, 它会自动查找这两个 commit 所在分支的 MERGE_BASE。其中 MERGE_BASE 可以看作是分支的分岔点,合并的时候 MERGE_BASE 会作为参照。

使用底层命令

高层命令其实是由多条底层命令组成的,比如我们最常使用的 add、commit:

  • add

    • 使用 ObjectInserter 将文件内容写入 objects (blob),得到 blob id
    • 使用 DirCache 将 blob id 写入暂存区
  • commit

    • 使用 DirCache 将 index 生成 tree
    • 使用 ObjectInserter 将 tree 写入仓库(tree),得到 tree 的 id
    • 构建 commit,写入 tree id 以及设置其 parent、message 等其它信息
    • 利用 ObjectInserter 将 commit 写入 objects (commit),得到 commit id
    • 将 commit id 写入当前的 branch,使得 branch 指向最新的 commit

高层命令

上面的复杂操作,可以简单的用底层命令替代。

git.add().addFilepattern("README").call(); git.commit().setMessage("add readme").call();  

高级操作的局限

高层命令使用起来方便,但是它所提供的功能有限。这里我们拿 merge 举例。

使用 JGit Merge api

使用 JGit 提供的接口进行 merge 十分的方便,只需要指定要合并的 branch 就可以了。

MergeCommand merge = git.merge(); merge.include(branch); MergeResult result = merge.call(); 

但是 merge 之后呢,文件冲突了怎么办,怎么解决冲突呢?实际上除了 merge,stash、rebase 等等操作也都会产生冲突。也就是说 git 冲突文件的处理是客户端的重要功能之一。

遗憾的是 jgit 并没有提供解决冲突的方案,所以这就需要我们自己来解决这个问题。

resolve conflicts:

一种比较理想的解决冲突的方案是,将冲突的文件根据本地修改、基础版本、要合并分支的修改分成三栏。

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通过这样的方式,我们可以直观的对照冲突的内容,并且可以方便的选取或者要抛弃修改。

可选方案

  1. 计算 merge base

    第一个就是计算这两个分支的 MERGE_BASE。这样我们获得了三个 commit,每个 commit 都都纪录了提交时的文件快照。而我们只要将冲突文件的内容从快照中取出来就好了。但是这个方案有个缺点,那就是我们只有在合并的那一瞬间才能知道要合并的分支,之后想要知道只能去 .git 下面的 MERGE_HEAD 去查,而且其它方式比如 stash、rebase 等操作引起的冲突是不会生成该文件的。

  2. 使用暂存区的信息

    想想我们 当我们有合并冲突状态时,使用 git status,会列出冲突文件,以及冲突的类型,比如 “双方修改”、“由我们删除”,“双方添加”等这样的字眼,git 如果获得这些信息的呢?

    如果存在冲突文件,我们查看暂存区,可以看到类似下面的内容:

    git ls-files --stage 100644 6e9f0da13f19b444ec3a9c3d6e795ad35c0554a2 1   Readme 100644 29d460866c44ad72cc08ef4983fc6ebd48053bab 2   Readme 100644 12892f544e81ef2170034392f63c7fc5e6c6ccd9 3   Readme 

    原来暂存区中有四种状态用于标示文件:

    * 0: standard stage

    * 1: base tree revision

    * 2: first tree revision (usually called "ours")

    * 3: second tree revision (usually called "theirs")

    接下来我们专门看一下这4种状态是如何表示冲突状态的。

文件冲突的状态:

假设当前我们处于 master 分支,要合并的分支为 test,开发历史如下图:

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现在假设合并过程中有个文件(Readme)发生了冲突,我们查询暂存区该文件的状态(可以有多个):

  • 1 and 2: DELETED_BY_THEM;
  • 1 and 3: DELETED_BY_US;
  • 2 and 3: BOTH_ADDED;
  • 1 and 2 and 3 : BOTH_MODIFIED

我们拿第一种情况举例,文件(Readme)有两种状态 1 和 2,1 表示该文件存在于 commit 1(也就是MERGE_BASE),2 表示该文件在 commit 2 (master 分支)中被修改了,没有状态 3,也就是该文件在 commit 3(test分支)被删除了,总结来说这种状态就是 DELETED_BY_THEM。

可以再看一下第四种情况,文件(Readme)有三种状态 1、2、3,1 表示 commit 1(MERGE_BASE)中存在,2 表示 commit 2(master 分支)进行了修改,3 表示(test 分支)也就行了修改,总结来说就是 BOTH_MODIFIED(双方修改)。

获取冲突文件的三个版本

知道了冲突文件的状态,就能在暂存区获得冲突文件的三个版本了。代码如下:

DirCache dirCache = repository.readDirCache();  // 在暂存区中,所有文件是按照字母顺序排列的,因此文件的不同状态是连着的 int eIdx = dirCache.findEntry(path); // nextEntry 会自动调过文件名相同的文件,找到下一个文件。 int lastIdx = dirCache.nextEntry(eIdx);  // 在 [eIdx, lastIdx) 区间的也就是文件的冲突的不同版本 for (int i=0; i<lastIdx - eIdx; i++) {     DirCacheEntry entry = dirCache.getEntry(eIdx + i);      // 如果是 MERGE_BASE     if (entry.getStage() == DirCacheEntry.STAGE_1)          readBlobContent(entry.getObjectId());     // 如果是 当前分支     else if (entry.getStage() == DirCacheEntry.STAGE_2)          readBlobContent(entry.getObjectId());     // 如果是 要合并的分支     else if (entry.getStage() == DirCacheEntry.STAGE_3)          readBlobContent(entry.getObjectId()); } 

至此我们得到了解决合并冲突的一个方案。

Happy Coding;)

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