本文摘取自《Pro Git》第三章的第一节和第二节，由本人进行适当修改和删减。
为了理解 Git 分支的实现方式，我们需要回顾一下 Git 是如何储存数据的。Git 保存的不是文件差异或者变化量，而只是一系列文件快照。
在 Git 中提交时，会保存一个提交（commit）对象，该对象包含一个指向暂存内容快照的指针，包含本次提交的作者等相关附属信息，包含零个或多个指向该提交对象的父对象指针：首次提交是没有直接祖先的，普通提交有一个祖先，由两个或多个分支合并产生的提交则有多个祖先。
为直观起见，我们假设在工作目录中有三个文件，准备将它们暂存后提交(代码如下)。暂存操作会对每一个文件计算校验和（即第一章中提到的 SHA-1 哈希字串），然后把当前版本的文件快照保存到 Git 仓库中（Git 使用 blob 类型的对象存储这些快照），并将校验和加入暂存区域：
$ git add README test.rb LICENSE
$ git commit -m 'initial commit of my project'
当使用 git commit 新建一个提交对象前，Git 会先计算每一个子目录（本例中就是项目根目录）的校验和，然后在 Git 仓库中将这些目录保存为树（tree）对象。之后 Git 创建的提交对象，除了包含相关提交信息以外，还包含着指向这个树对象（项目根目录）的指针，如此它就可以在将来需要的时候，重现此次快照的内容了。
现在，Git 仓库中有五个对象：三个表示文件快照内容的 blob 对象（图3-1的3个红色方块）；一个记录着目录树内容及其中各个文件对应 blob 对象索引的 tree 对象（图3-1的蓝色方块）；以及一个包含指向 tree 对象（根目录）的索引和其他提交信息元数据的 commit 对象（图3-1的绿色方块）。概念上来说，仓库中的各个对象保存的数据和相互关系看起来如图 3-1 所示：
图 3-1. 单个提交对象在仓库中的数据结构
进行一些修改后再次提交，那么这次的提交对象会包含一个指向上次提交对象的指针（即下图中的 parent 对象）。两次提交后，仓库历史会变成图 3-2 的样子：最右边的为最新的提交，包含一个指向上次提交对象的指针。
图 3-2. 多个提交对象之间的链接关系
现在来谈分支。Git 中的分支，其实本质上仅仅是个指向 commit 对象的可变指针。Git 会使用 master 作为分支的默认名字。在若干次提交后，你其实已经有了一个指向最后一次提交对象的 master 分支，它在每次提交的时候都会自动向前移动。
图 3-3. 分支其实就是从某个提交对象往回看的历史
那么，Git 又是如何创建一个新的分支的呢？答案很简单，创建一个新的分支指针。比如新建一个 testing 分支，可以使用 git branch 命令:
$ git branch testing
这会在当前 commit 对象上新建一个分支指针（见图 3-4）。
图 3-4. 多个分支指向提交数据的历史
那么，Git 是如何知道你当前在哪个分支上工作的呢？其实答案也很简单，它保存着一个名为 HEAD 的特别指针。请注意它和你熟知的许多其他版本控制系统（比如 Subversion 或 CVS）里的 HEAD 概念大不相同。在 Git 中，它是一个指向你正在工作中的本地分支的指针（将 HEAD 想象为当前分支的别名。）。运行 git branch 命令，仅仅是建立了一个新的分支，但不会自动切换到这个分支中去，所以在这个例子中，我们依然还在 master 分支里工作（参考图 3-5）。
图 3-5. HEAD 指向当前所在的分支
要切换到其他分支，可以执行 git checkout 命令。我们现在转换到新建的 testing 分支：
$ git checkout testing
这样 HEAD 就指向了 testing 分支（见图3-6）。
图 3-6. HEAD 在你转换分支时指向新的分支
这样的实现方式会给我们带来什么好处呢？好吧，现在不妨再提交一次：
$ git commit -a -m 'made a change'
图 3-7 展示了提交后的结果。
图 3-7. 每次提交后 HEAD 随着分支一起向前移动
非常有趣，现在 testing 分支向前移动了一格，而 master 分支仍然指向原先git checkout 时所在的commit 对象。现在我们回到 master 分支看看：
$ git checkout master
图 3-8 显示了结果。
图 3-8. HEAD 在一次checkout 之后移动到了另一个分支
这条命令做了两件事。它把 HEAD 指针移回到 master 分支，并把工作目录中的文件换成了 master 分支所指向的快照内容。也就是说，现在开始所做的改动，将始于本项目中一个较老的版本。它的主要作用是将 testing 分支里作出的修改暂时取消，这样你就可以向另一个方向进行开发。
我们作些修改后再次提交：
$ vim test.rb
$ git commit -a -m 'made other changes'
现在我们的项目提交历史产生了分叉（如图 3-9 所示），因为刚才我们创建了一个分支，转换到其中进行了一些工作，然后又回到原来的主分支进行了另外一些工作。这些改变分别孤立在不同的分支里：我们可以在不同分支里反复切换，并在时机成熟时把它们合并到一起。而所有这些工作，仅仅需要branch 和 checkout 这两条命令就可以完成。
图 3-9. 不同流向的分支历史
由于 Git 中的分支实际上仅是一个包含所指对象校验和（40 个字符长度 SHA-1 字串）的文件，所以创建和销毁一个分支就变得非常廉价。说白了，新建一个分支就是向一个文件写入 41 个字节（外加一个换行符）那么简单，当然也就很快了。
这和大多数版本控制系统形成了鲜明对比，它们管理分支大多采取备份所有项目文件到特定目录的方式，所以根据项目文件数量和大小不同，可能花费的时间也会有相当大的差别，快则几秒，慢则数分钟。而 Git 的实现与项目复杂度无关，它永远可以在几毫秒的时间内完成分支的创建和切换。同时，因为每次提交时都记录了祖先信息（译注：即 parent 对象），将来要合并分支时，寻找恰当的合并基础（译注：即共同祖先）的工作其实已经自然而然地摆在那里了，所以实现起来非常容易。Git 鼓励开发者频繁使用分支，正是因为有着这些特性作保障。
在任意一个仓库新建一个test分支，切换到test分支后，在仓库里新建一个test3.txt并进行提交，当你切换回master分支时，test3.txt便消失了，如下图，说明此时master分支正处于一个比较老的版本。
现在让我们来看一个简单的分支与合并的例子，实际工作中大体也会用到这样的工作流程：
- 开发某个网站。
- 为实现某个新的需求，创建一个分支。
- 在这个分支上开展工作。
假设此时，你突然接到一个电话说有个很严重的问题需要紧急修补，那么可以按照下面的方式处理：
- 返回到原先已经发布到生产服务器上的分支。
- 为这次紧急修补建立一个新分支，并在其中修复问题。
- 通过测试后，回到生产服务器所在的分支，将修补分支合并进来，然后再推送到生产服务器上。
- 切换到之前实现新需求的分支，继续工作。
首先，我们假设你正在项目中愉快地工作，并且已经提交了几次更新（见图3-10）。
图 3-10. 一个简短的提交历史
现在，你决定要修补问题追踪系统上的 #53 问题。顺带说明下，Git 并不同任何特定的问题追踪系统打交道。这里为了说明要解决的问题，才把新建的分支取名为 iss53。要新建并切换到该分支，
这条命令相当于执行下面这两条命令
$ git branch iss53
$ git checkout iss53
图 3-11 示意该命令的执行结果。
图 3-11. 创建了一个新分支的指针
接着你开始尝试修复问题，在提交了若干次更新后，iss53 分支的指针也会随着向前推进，因为它就是当前分支（换句话说，当前的 HEAD 指针正指向 iss53，见图 3-12）：
$ vim index.html
$ git commit -a -m 'added a new footer [issue 53]'
图 3-12. iss53 分支随工作进展向前推进
突然，此时你接到了一个电话，需要紧急解决一个问题。于是我们创建一个紧急修补分支 hotfix 来开展工作，直到搞定（见图 3-13）：
下面两行代码是在hotfix分支下进行的操作（此处只用这两行举例）
$ vim index.html
$ git commit -a -m 'fixed the broken email address'
图 3-13. hotfix 分支是从 master 分支所在点分化出来的
有必要作些测试，确保修补是成功的，然后回到 master 分支并把它合并进来，然后发布到生产服务器。用 git merge 命令来进行合并：
请注意，合并时出现了“Fast forward”的提示。由于当前 master 分支所在的提交对象是要并入的 hotfix 分支的直接上游，Git 只需把 master 分支指针直接右移。换句话说，如果顺着一个分支走下去可以到达另一个分支的话，那么 Git 在合并两者时，只会简单地把指针右移，因为这种单线的历史分支不存在任何需要解决的分歧，所以这种合并过程可以称为快进（Fast forward）。
现在最新的修改已经在当前 master 分支所指向的提交对象中了，可以部署到生产服务器上去了（见图 3-14）。
图 3-14. 合并之后，master 分支和 hotfix 分支指向同一位置。
由于当前 hotfix 分支和 master 都指向相同的提交对象，所以 hotfix 已经完成了历史使命，可以删掉了。使用 git branch 的 -d 选项执行删除操作：
解决完紧急问题后，我们继续回到iss53分支上继续之前的工作。
图 3-15. iss53 分支可以不受影响继续推进。
不用担心之前hotfix分支的修改内容尚未包含到iss53 中来。如果确实需要纳入此次修补，可以用 git merge master 把 master 分支合并到iss53；或者等iss53完成之后，再将iss53分支中的更新并入master。
在问题 #53 相关的工作完成之后，可以合并回 master分支。实际操作同前面合并hotfix分支差不多，只需回到master分支，运行git merge命令指定要合并进来的分支：
请注意，这次合并操作的底层实现，并不同于之前 hotfix的并入方式。因为这次你的开发历史是从更早的地方开始分叉的。由于当前master分支所指向的提交对象（C4）并不是iss53 分支的直接祖先，Git 不得不进行一些额外处理。就此例而言，Git 会用两个分支的末端（C4 和 C5）以及它们的共同祖先（C2）进行一次简单的三方合并计算。图 3-16 用红框标出了 Git 用于合并的三个提交对象：
图 3-16. Git 为分支合并自动识别出最佳的同源合并点。
这次，Git 没有简单地把分支指针右移，而是对三方合并后的结果重新做一个新的快照，并自动创建一个指向它的提交对象（C6）（见图 3-17）。这个提交对象比较特殊，它有两个祖先（C4 和 C5）。
值得一提的是 Git 可以自己裁决哪个共同祖先才是最佳合并基础；这和 CVS 或 Subversion（1.5 以后的版本）不同，它们需要开发者手工指定合并基础。所以此特性让 Git 的合并操作比其他系统都要简单不少。
图 3-17. Git 自动创建了一个包含了合并结果的提交对象。
既然之前的工作成果已经合并到master了，那么iss53也就没用了。你可以就此删除它，并在问题追踪系统里关闭该问题。
有时候合并操作并不会如此顺利。如果在不同的分支中都修改了同一个文件的同一部分，Git 就无法干净地把两者合到一起（译注：逻辑上说，这种问题只能由人来裁决。）。如果你在解决问题 #53 的过程中修改了 hotfix 中修改的部分，将得到类似下面的结果：
$ git merge iss53 Auto-merging index.html CONFLICT (content): Merge conflict in index.html Automatic merge failed; fix conflicts and then commit the result.
Git 作了合并，但没有提交，它会停下来等你解决冲突。要看看哪些文件在合并时发生冲突，可以用 git status 查阅：
[master*]$ git status index.html: needs merge # On branch master # Changes not staged for commit: # (use "git add <file>..." to update what will be committed) # (use "git checkout -- <file>..." to discard changes in working directory) # # unmerged: index.html #
任何包含未解决冲突的文件都会以未合并（unmerged）的状态列出。Git会在有冲突的文件里加入标准的冲突解决标记，可以通过它们来手工定位并解决这些冲突。可以看到此文件包含类似下面这样的部分：
<<<<<<< HEAD:index.html <div id="footer">contact : email.support@github.com</div> ======= <div id="footer"> please contact us at support@github.com </div> >>>>>>> iss53:index.html
可以看到 ======= 隔开的上半部分，是 HEAD（即 master 分支，在运行 merge 命令时所切换到的分支）中的内容，下半部分是在 iss53 分支中的内容。解决冲突的办法无非是二者选其一或者由你亲自整合到一起。比如你可以通过把这段内容替换为下面这样来解决：
<div id="footer"> please contact us at email.support@github.com </div>
这个解决方案各采纳了两个分支中的一部分内容，而且我还删除了 <<<<<<<，======= 和 >>>>>>> 这些行。在解决了所有文件里的所有冲突后，运行 git add 将把它们标记为已解决状态（译注：实际上就是来一次快照保存到暂存区域。）。因为一旦暂存，就表示冲突已经解决。如果你想用一个有图形界面的工具来解决这些问题，不妨运行 git mergetool，它会调用一个可视化的合并工具并引导你解决所有冲突：
$ git mergetool merge tool candidates: kdiff3 tkdiff xxdiff meld gvimdiff opendiff emerge vimdiff Merging the files: index.html Normal merge conflict for 'index.html': {local}: modified {remote}: modified Hit return to start merge resolution tool (opendiff):
如果不想用默认的合并工具（Git 为我默认选择了 opendiff，因为我在 Mac 上运行了该命令），你可以在上方"merge tool candidates"里找到可用的合并工具列表，输入你想用的工具名。我们将在第七章讨论怎样改变环境中的默认值。
退出合并工具以后，Git 会询问你合并是否成功。如果回答是，它会为你把相关文件暂存起来，以表明状态为已解决。
再运行一次 git status 来确认所有冲突都已解决：
$ git status # On branch master # Changes to be committed: # (use "git reset HEAD <file>..." to unstage) # # modified: index.html #
如果觉得满意了，并且确认所有冲突都已解决，也就是进入了暂存区，就可以用 git commit 来完成这次合并提交。提交的记录差不多是这样：
Merge branch 'iss53' Conflicts: index.html # # It looks like you may be committing a MERGE. # If this is not correct, please remove the file # .git/MERGE_HEAD # and try again. #
如果想给将来看这次合并的人一些方便，可以修改该信息，提供更多合并细节。比如你都作了哪些改动，以及这么做的原因。有时候裁决冲突的理由并不直接或明显，有必要略加注解。
