BigDecimal 详解

「爱情、让人受尽委屈。」 2024-03-31 17:43 38阅读 0赞

#### 目录 ####

*   *  BigDecimal 详解
     *   *   *   *   *  1、为什么浮点数 float 或 double 运算的时候会有精度丢失的风险呢？
                     *  2、BigDecimal 介绍
                     *  3、BigDecimal 常见方法
                     *  4、BigDecimal 等值比较问题
                     *  5、BigDecimal 工具类分享

### BigDecimal 详解 ###

《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：“为了避免精度丢失，可以使用 `BigDecimal` 来进行浮点数的运算”。

浮点数的运算竟然还会有精度丢失的风险吗？确实会！

示例代码：

float a = 2.0f - 1.9f;
    float b = 1.8f - 1.7f;
    System.out.println(a);// 0.100000024
    System.out.println(b);// 0.099999905
    System.out.println(a == b);// false

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###### 1、为什么浮点数 float 或 double 运算的时候会有精度丢失的风险呢？ ######

这个和计算机保存浮点数的机制有很大关系。我们知道计算机是二进制的，而且计算机在表示一个数字时，宽度是有限的，无限循环的小数存储在计算机时，只能被截断，所以就会导致小数精度发生损失的情况。这也就是解释了为什么浮点数没有办法用二进制精确表示。

就比如说十进制下的 0.2 就没办法精确转换成二进制小数：

// 0.2 转换为二进制数的过程为，不断乘以 2，直到不存在小数为止，
    // 在这个计算过程中，得到的整数部分从上到下排列就是二进制的结果。
    0.2 * 2 = 0.4 -> 0
    0.4 * 2 = 0.8 -> 0
    0.8 * 2 = 1.6 -> 1
    0.6 * 2 = 1.2 -> 1
    0.2 * 2 = 0.4 -> 0（发生循环）
    ...

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###### 2、BigDecimal 介绍 ######

`BigDecimal` 可以实现对浮点数的运算，不会造成精度丢失。

通常情况下，大部分需要浮点数精确运算结果的业务场景（比如涉及到钱的场景）都是通过 `BigDecimal` 来做的。

《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：**浮点数之间的等值判断，基本数据类型不能用 == 来比较，包装数据类型不能用 equals 来判断**。

![在这里插入图片描述][0e25afc559c14b50a345ed08321b1d87.png]  
想要解决浮点数运算精度丢失这个问题，可以直接使用 `BigDecimal` 来定义浮点数的值，然后再进行浮点数的运算操作即可。

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
    BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
    BigDecimal c = new BigDecimal("0.8");
    
    BigDecimal x = a.subtract(b);
    BigDecimal y = b.subtract(c);
    
    System.out.println(x.compareTo(y));// 0

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###### 3、BigDecimal 常见方法 ######

*  **1、创建**  
    我们在使用 `BigDecimal` 时，为了防止精度丢失，推荐使用它的`BigDecimal(String val)`构造方法或者 `BigDecimal.valueOf(double val)` 静态方法来创建对象。  
    《阿里巴巴 Java 开发手册》对这部分内容也有提到，如下图所示。

![在这里插入图片描述][dd84405c3f324241948118b5f974d41b.png]

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*  **加减乘除**  
    `add` 方法用于将两个 `BigDecimal` 对象相**加**  
    `subtract` 方法用于将两个 `BigDecimal` 对象相**减**  
    `multiply` 方法用于将两个 `BigDecimal` 对象相**乘**  
    `divide` 方法用于将两个 `BigDecimal` 对象相**除**
    
        BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
        BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
        System.out.println(a.add(b));// 1.9
        System.out.println(a.subtract(b));// 0.1
        System.out.println(a.multiply(b));// 0.90
        System.out.println(a.divide(b));// 无法除尽，抛出 ArithmeticException 异常
        System.out.println(a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP));// 1.11
    
    这里需要注意的是，在我们使用 `divide` 方法的时候尽量使用 `3` 个参数版本，并且`RoundingMode` 不要选择 `UNNECESSARY`，否则很可能会遇到 `ArithmeticException`（无法除尽出现无限循环小数的时候），其中 `scale` 表示要保留几位小数，`roundingMode` 代表保留规则。
    
        public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, int scale, RoundingMode roundingMode) {
              
            return divide(divisor, scale, roundingMode.oldMode);
        }
    
    保留规则非常多，这里列举几种:
    
        public enum RoundingMode {
              
           // 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
           // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
        			 UP(BigDecimal.ROUND_UP),
           // 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
           // -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2
        			 DOWN(BigDecimal.ROUND_DOWN),
        			 // 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
           // -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2
        			 CEILING(BigDecimal.ROUND_CEILING),
        			 // 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
           // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
        			 FLOOR(BigDecimal.ROUND_FLOOR),
           	// 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
           // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
        			 HALF_UP(BigDecimal.ROUND_HALF_UP),
           //......
        }

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*  **大小比较**  
    `a.compareTo(b)` : 返回 -1 表示 a 小于 b，0 表示 a 等于 b ， 1 表示 a 大于 b。
    
        BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
        BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
        System.out.println(a.compareTo(b));// 1

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*  **保留几位小数**  
    通过 `setScale`方法设置保留几位小数以及保留规则。保留规则有挺多种，不需要记，IDEA 会提示。
    
        BigDecimal m = new BigDecimal("1.255433");
        BigDecimal n = m.setScale(3,RoundingMode.HALF_DOWN);
        System.out.println(n);// 1.255

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###### 4、BigDecimal 等值比较问题 ######

《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：  
![在这里插入图片描述][a462c8ad04e749f58814a0c303bd5d69.png]

`BigDecimal` 使用 `equals()` 方法进行等值比较出现问题的代码示例：

BigDecimal a = new BigDecimal("1");
    BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
    System.out.println(a.equals(b));//false

这是因为 `equals()` 方法不仅仅会比较值的大小（value）还会比较精度（scale），而 `compareTo()` 方法比较的时候会忽略精度。

1.0 的 scale 是 1，1 的 scale 是 0，因此 `a.equals(b)` 的结果是 false。  
![在这里插入图片描述][c867ab699ee04a49824b32bb14c501a2.png]  
`compareTo()` 方法可以比较两个 `BigDecimal` 的值，如果相等就返回 0，如果第 1 个数比第 2 个数大则返回 1，反之返回-1。

BigDecimal a = new BigDecimal("1");
    BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
    System.out.println(a.compareTo(b));//0

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###### 5、BigDecimal 工具类分享 ######

网上有一个使用人数比较多的 `BigDecimal` 工具类，提供了多个静态方法来简化 `BigDecimal` 的操作。

我对其进行了简单改进，分享一下源码：

import java.math.BigDecimal;
    import java.math.RoundingMode;
    
    /**
     * 简化BigDecimal计算的小工具类
     */
    public class BigDecimalUtil {
        
    
        /**
         * 默认除法运算精度
         */
        private static final int DEF_DIV_SCALE = 10;
    
        private BigDecimalUtil() {
        
        }
    
        /**
         * 提供精确的加法运算。
         *
         * @param v1 被加数
         * @param v2 加数
         * @return 两个参数的和
         */
        public static double add(double v1, double v2) {
        
            BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
            BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
            return b1.add(b2).doubleValue();
        }
    
        /**
         * 提供精确的减法运算。
         *
         * @param v1 被减数
         * @param v2 减数
         * @return 两个参数的差
         */
        public static double subtract(double v1, double v2) {
        
            BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
            BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
            return b1.subtract(b2).doubleValue();
        }
    
        /**
         * 提供精确的乘法运算。
         *
         * @param v1 被乘数
         * @param v2 乘数
         * @return 两个参数的积
         */
        public static double multiply(double v1, double v2) {
        
            BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
            BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
            return b1.multiply(b2).doubleValue();
        }
    
        /**
         * 提供（相对）精确的除法运算，当发生除不尽的情况时，精确到
         * 小数点以后10位，以后的数字四舍五入。
         *
         * @param v1 被除数
         * @param v2 除数
         * @return 两个参数的商
         */
        public static double divide(double v1, double v2) {
        
            return divide(v1, v2, DEF_DIV_SCALE);
        }
    
        /**
         * 提供（相对）精确的除法运算。当发生除不尽的情况时，由scale参数指
         * 定精度，以后的数字四舍五入。
         *
         * @param v1    被除数
         * @param v2    除数
         * @param scale 表示表示需要精确到小数点以后几位。
         * @return 两个参数的商
         */
        public static double divide(double v1, double v2, int scale) {
        
            if (scale < 0) {
        
                throw new IllegalArgumentException(
                        "The scale must be a positive integer or zero");
            }
            BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
            BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
            return b1.divide(b2, scale, RoundingMode.HALF_UP).doubleValue();
        }
    
        /**
         * 提供精确的小数位四舍五入处理。
         *
         * @param v     需要四舍五入的数字
         * @param scale 小数点后保留几位
         * @return 四舍五入后的结果
         */
        public static double round(double v, int scale) {
        
            if (scale < 0) {
        
                throw new IllegalArgumentException(
                        "The scale must be a positive integer or zero");
            }
            BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(v);
            BigDecimal one = new BigDecimal("1");
            return b.divide(one, scale, RoundingMode.HALF_UP).doubleValue();
        }
    
        /**
         * 提供精确的类型转换(Float)
         *
         * @param v 需要被转换的数字
         * @return 返回转换结果
         */
        public static float convertToFloat(double v) {
        
            BigDecimal b = new BigDecimal(v);
            return b.floatValue();
        }
    
        /**
         * 提供精确的类型转换(Int)不进行四舍五入
         *
         * @param v 需要被转换的数字
         * @return 返回转换结果
         */
        public static int convertsToInt(double v) {
        
            BigDecimal b = new BigDecimal(v);
            return b.intValue();
        }
    
        /**
         * 提供精确的类型转换(Long)
         *
         * @param v 需要被转换的数字
         * @return 返回转换结果
         */
        public static long convertsToLong(double v) {
        
            BigDecimal b = new BigDecimal(v);
            return b.longValue();
        }
    
        /**
         * 返回两个数中大的一个值
         *
         * @param v1 需要被对比的第一个数
         * @param v2 需要被对比的第二个数
         * @return 返回两个数中大的一个值
         */
        public static double returnMax(double v1, double v2) {
        
            BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
            BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
            return b1.max(b2).doubleValue();
        }
    
        /**
         * 返回两个数中小的一个值
         *
         * @param v1 需要被对比的第一个数
         * @param v2 需要被对比的第二个数
         * @return 返回两个数中小的一个值
         */
        public static double returnMin(double v1, double v2) {
        
            BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
            BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
            return b1.min(b2).doubleValue();
        }
    
        /**
         * 精确对比两个数字
         *
         * @param v1 需要被对比的第一个数
         * @param v2 需要被对比的第二个数
         * @return 如果两个数一样则返回0，如果第一个数比第二个数大则返回1，反之返回-1
         */
        public static int compareTo(double v1, double v2) {
        
            BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
            BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
            return b1.compareTo(b2);
        }
    
    }

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[c867ab699ee04a49824b32bb14c501a2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/0ff9678e47034e519dbfee35d71b2e37.png