Git内部動作の仕組み：Blob、Tree、Commit、そしてDAG — Gitが本当に動く方法

# コンテンツからblob生成
echo "Hello, Git!" | git hash-object --stdin
# 出力: 0907f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec

# blob内容確認
git cat-file -p 0907f4a
# 出力: Hello, Git!

# blobタイプ確認
git cat-file -t 0907f4a
# 出力: blob

# 最新コミットのtree確認
git cat-file -p HEAD^{tree}
# 出力:
# 100644 blob a1b2c3d... README.md
# 100644 blob d4e5f6a... package.json
# 040000 tree b7c8d9e... src

Tree (root)
├── blob: README.md (100644)
├── blob: package.json (100644)
└── tree: src/
    ├── blob: index.ts (100644)
    └── blob: utils.ts (100644)

git cat-file -p HEAD
# 出力:
# tree a1b2c3d4e5f6...
# parent 9f8e7d6c5b4a...
# author Kim <kim@example.com> 1711234567 +0900
# committer Kim <kim@example.com> 1711234567 +0900
#
# feat: add user authentication

# annotated tag作成
git tag -a v1.0.0 -m "Release version 1.0.0"

# tagオブジェクト確認
git cat-file -p v1.0.0
# 出力:
# object d4e5f6a7b8c9...
# type commit
# tag v1.0.0
# tagger Kim <kim@example.com> 1711234567 +0900
#
# Release version 1.0.0

Tag ──▶ Commit ──▶ Tree ──▶ Blob
           │         │
           ▼         ▼
        Commit     Tree ──▶ Blob
        (parent)

# Gitが内部的に行う計算
content="Hello, Git!"
header="blob ${#content}\0"
echo -en "${header}${content}" | sha1sum
# 結果: 0907f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec

blob 11\0Hello, Git!
└─┬─┘└┬┘└┬┘└────┬────┘
 タイプ サイズ null 実際の内容

# SHA-256リポジトリ作成（Git 2.29+）
git init --object-format=sha256

# 現在のリポジトリのハッシュアルゴリズム確認
git rev-parse --show-object-format

.git/
├── HEAD              # 現在チェックアウトされているブランチの参照
├── config            # リポジトリ固有の設定
├── description       # GitWeb用の説明（ほぼ使われない）
├── hooks/            # クライアント/サーバーフックスクリプト
│   ├── pre-commit.sample
│   ├── commit-msg.sample
│   └── ...
├── info/
│   └── exclude       # .gitignoreのローカル版
├── objects/          # 全てのGitオブジェクト
│   ├── 09/
│   │   └── 07f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec
│   ├── info/
│   └── pack/         # packファイル
├── refs/             # ブランチとタグの参照
│   ├── heads/        # ローカルブランチ
│   │   └── main
│   ├── remotes/      # リモートブランチ
│   │   └── origin/
│   └── tags/         # タグ
└── index             # ステージングエリア（バイナリ）

# HEADは現在のブランチを指す
cat .git/HEAD
# ref: refs/heads/main

# detached HEAD状態ではコミットハッシュを直接指す
git checkout a1b2c3d
cat .git/HEAD
# a1b2c3d4e5f6a7b8c9d0e1f2a3b4c5d6e7f8a9b0

# ブランチは単にコミットハッシュを含むファイル
cat .git/refs/heads/main
# d4e5f6a7b8c9d0e1f2a3b4c5d6e7f8a9b0c1d2e3

# 手動でブランチ作成も可能！
echo "d4e5f6a7b8c9d0e1f2a3b4c5d6e7f8a9b0c1d2e3" > .git/refs/heads/my-branch

# ハッシュ: 0907f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec
# 保存場所: .git/objects/09/07f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec

# オブジェクトはzlibで圧縮されている
python3 -c "
import zlib
with open('.git/objects/09/07f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec', 'rb') as f:
    print(zlib.decompress(f.read()))
"

# ステージングエリアの内容確認
git ls-files --stage
# 100644 a1b2c3d4... 0    README.md
# 100644 d4e5f6a7... 0    src/index.ts

# indexはバイナリファイル（"DIRC"シグネチャで開始）
hexdump -C .git/index | head -3

    A ◀── B ◀── C ◀── D  (main)
                 ▲
                 └── E ◀── F  (feature)

# グラフの可視化
git log --oneline --graph --all

# 出力例:
# *   f1a2b3c (HEAD -> main) Merge branch 'feature'
# |\
# | * d4e5f6a (feature) feat: add search
# | * a7b8c9d feat: add filter
# |/
# * 1e2f3a4 initial commit

# 最初の親のみ（マージコミットで有用）
git log --first-parent --oneline

# 親コミットへのアクセス
git cat-file -p HEAD^1   # 最初の親
git cat-file -p HEAD^2   # 2番目の親（マージコミット）
git cat-file -p HEAD~3   # 3段階上の祖先

HEAD~1 = HEAD^  = 最初の親
HEAD~2 = HEAD^^ = 最初の親の最初の親
HEAD^2           = 2番目の親（マージコミットでのみ）

# ブランチ作成 = ファイル作成
git branch feature
# 上のコマンドは実質的に以下と同じ:
# echo $(git rev-parse HEAD) > .git/refs/heads/feature

# ブランチ切り替え = HEADファイルの修正
git checkout feature
# 上のコマンドは実質的に:
# 1. .git/HEADに "ref: refs/heads/feature" を記録
# 2. ワーキングツリーを該当コミットのtreeに更新
# 3. indexを該当treeに合わせて更新

.git/refs/heads/
├── main     → d4e5f6a (commit)
├── feature  → a7b8c9d (commit)
└── hotfix   → 1e2f3a4 (commit)

.git/HEAD → ref: refs/heads/main

通常状態:
HEAD → refs/heads/main → commit d4e5f6a

Detached HEAD状態:
HEAD → commit a7b8c9d（直接コミットを指す）

# detached HEAD状態での作業を保存
git checkout -b recovery-branch

# Lightweight tag: 単純な参照（refs/tags/にコミットハッシュのみ格納）
git tag v1.0.0-rc1

# Annotated tag: 別個のtagオブジェクト生成
git tag -a v1.0.0 -m "Release 1.0.0"

# 違いの確認
git cat-file -t v1.0.0-rc1  # commit
git cat-file -t v1.0.0      # tag

Before:
A ◀── B ◀── C (main)
              ◀── D ◀── E (feature)

After (fast-forward):
A ◀── B ◀── C ◀── D ◀── E (main, feature)

# fast-forward merge
git checkout main
git merge feature
# "Fast-forward" メッセージ表示

# fast-forwardせずにマージコミット作成を強制
git merge --no-ff feature

Before:
A ◀── B ◀── C ◀── F (main)
       ◀── D ◀── E (feature)

After (3-way merge):
A ◀── B ◀── C ◀── F ◀── G (main) [merge commit]
       ◀── D ◀── E ──────┘
              (feature)

# merge base確認
git merge-base main feature
# 出力: BのSHA-1ハッシュ

# マージのための3つのtree比較
git diff $(git merge-base main feature) main    # base vs main
git diff $(git merge-base main feature) feature  # base vs feature

    A ◀── B ◀── E (main)
    ▲      ◀── F (feature)
    └── C ◀── D
    （クロスマージヒストリー）

# merge strategy指定
git merge -s recursive feature
git merge -s ort feature        # Git 2.34+ デフォルト（Ostensibly Recursive's Twin）

git merge feature1 feature2 feature3

    A ◀── B (main)
    ◀── C (feature1)
    ◀── D (feature2)
    ◀── E (feature3)

    →

    A ◀── B ◀── M (main) [3つの親]
    ◀── C ──────┘
    ◀── D ──────┘
    ◀── E ──────┘

Before:
A ◀── B ◀── C (main)
       ◀── D ◀── E (feature)

After rebase (git checkout feature && git rebase main):
A ◀── B ◀── C (main)
              ◀── D' ◀── E' (feature)

git checkout feature
git rebase main

# rebase中の一時ファイル確認
ls .git/rebase-merge/
# done        # 完了したコミット
# git-rebase-todo  # 残りのコミット
# head-name   # 元のブランチ名
# onto        # rebase対象コミット

git rebase -i HEAD~3

# .git/rebase-merge/git-rebase-todoの内容:
pick a1b2c3d feat: add login
pick d4e5f6a feat: add signup
pick 7b8c9d0 fix: typo in login

# コマンド:
# pick   = コミットを使用
# reword = メッセージ変更
# edit   = コミット修正後に続行
# squash = 前のコミットと結合（メッセージも結合）
# fixup  = 前のコミットと結合（メッセージは破棄）
# drop   = コミット削除

git cherry-pick d4e5f6a

Before:
A ◀── B ◀── C (main)
       ◀── D ◀── E (feature)

git checkout main && git cherry-pick E:
A ◀── B ◀── C ◀── E' (main) [Eの変更点のみコピー]
       ◀── D ◀── E (feature)

git revert d4e5f6a

Before:
A ◀── B ◀── C (main)

git revert B:
A ◀── B ◀── C ◀── B' (main) [Bの変更を元に戻す新しいコミット]

# マージコミットをrevertする際はどの親を基準にするか指定
git revert -m 1 MERGE_COMMIT_HASH
# -m 1: 最初の親（main）を基準に元に戻す
# -m 2: 2番目の親（feature）を基準に元に戻す

# reflog確認
git reflog
# d4e5f6a HEAD@{0}: commit: feat: add auth
# a1b2c3d HEAD@{1}: checkout: moving from feature to main
# 7b8c9d0 HEAD@{2}: commit: feat: add search
# 1e2f3a4 HEAD@{3}: rebase finished
# ...

# 特定ブランチのreflog
git reflog show feature

# ミス！
git reset --hard HEAD~3

# reflogで以前の状態を確認
git reflog
# a1b2c3d HEAD@{1}: 以前の状態

# 復旧
git reset --hard a1b2c3d

# rebase前の状態はreflogに残っている
git reflog
# ... HEAD@{5}: rebase (start): checkout main

# rebase前に復旧
git reset --hard HEAD@{5}

# ブランチ削除
git branch -D feature

# reflogで該当ブランチの最後のコミットを探す
git reflog | grep feature

# ブランチ再作成
git branch feature a1b2c3d

# デフォルトの有効期限
# 到達可能なエントリ: 90日
# 到達不可能なエントリ: 30日

# 有効期限の設定
git config gc.reflogExpire "180 days"
git config gc.reflogExpireUnreachable "60 days"

# 手動期限切れ
git reflog expire --expire=now --all

# looseオブジェクト数の確認
find .git/objects -type f | grep -v 'pack\|info' | wc -l

# packファイル確認
ls .git/objects/pack/
# pack-a1b2c3d4e5f6.idx   （インデックス）
# pack-a1b2c3d4e5f6.pack  （データ）

# packファイルの内容確認
git verify-pack -v .git/objects/pack/pack-*.idx
# SHA-1 type size size-in-pack offset depth base-SHA-1
# a1b2c3d blob 10240 3521 12 0
# d4e5f6a blob 10245 45   1200 1 a1b2c3d  # delta!

# ガベージコレクション実行
git gc

# 実行する作業:
# 1. looseオブジェクトをpackファイルに圧縮
# 2. 到達不可能なオブジェクトの削除
# 3. reflogのクリーンアップ
# 4. refsをpacked-refsに圧縮

# より積極的なGC
git gc --aggressive --prune=now

# GC統計確認
git count-objects -v
# count: 0        (looseオブジェクト)
# size: 0         (looseオブジェクトサイズ、KB)
# in-pack: 1234   (packされたオブジェクト)
# packs: 1        (packファイル数)
# size-pack: 5678 (packファイルサイズ、KB)
# prune-packable: 0
# garbage: 0

# リポジトリで最も大きいファイルを探す
git rev-list --objects --all | \
  git cat-file --batch-check='%(objecttype) %(objectname) %(objectsize) %(rest)' | \
  sed -n 's/^blob //p' | sort -rnk2 | head -10

# BFG Repo-Cleanerで大容量ファイル削除
bfg --strip-blobs-bigger-than 100M

# git filter-repo（推奨）
git filter-repo --strip-blobs-bigger-than 100M

git add, git commit, git push, git pull
git branch, git checkout, git merge, git rebase
git log, git diff, git status
git stash, git tag, git remote

# オブジェクト操作
git hash-object    # オブジェクトのハッシュ計算と格納
git cat-file       # オブジェクトの内容/タイプ/サイズ確認
git write-tree     # indexからtreeオブジェクト生成
git commit-tree    # treeからcommitオブジェクト生成
git update-ref     # 参照の更新

# Index操作
git update-index   # indexにファイル追加
git ls-files       # indexの内容確認
git read-tree      # treeをindexに読み込む

# 転送
git pack-objects   # packファイル生成
git unpack-objects # packファイル解凍
git send-pack      # オブジェクト送信
git receive-pack   # オブジェクト受信

# 1. blob生成
echo "Hello World" | git hash-object -w --stdin
# a1b2c3d...

# 2. indexに追加
git update-index --add --cacheinfo 100644 a1b2c3d hello.txt

# 3. tree生成
git write-tree
# d4e5f6a...

# 4. commit生成
echo "first commit" | git commit-tree d4e5f6a
# 7b8c9d0...

# 5. ブランチがこのコミットを指すようにする
git update-ref refs/heads/main 7b8c9d0