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title: BigDecimal 详解
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category: Java
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tag:
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- Java基础
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《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”。
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浮点数的运算竟然还会有精度丢失的风险吗？确实会！
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示例代码：
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```java
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float a = 2.0f - 1.9f;
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float b = 1.8f - 1.7f;
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System.out.println(a);// 0.100000024
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System.out.println(b);// 0.099999905
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System.out.println(a == b);// false
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```
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**为什么浮点数 `float` 或 `double` 运算的时候会有精度丢失的风险呢？**
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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。
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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：
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```java
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// 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，
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// 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。
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0.2 * 2 = 0.4 -> 0
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0.4 * 2 = 0.8 -> 0
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0.8 * 2 = 1.6 -> 1
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0.6 * 2 = 1.2 -> 1
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0.2 * 2 = 0.4 -> 0（发生循环）
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...
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```
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关于浮点数的更多内容，建议看一下[计算机系统基础（四）浮点数](http://kaito-kidd.com/2018/08/08/computer-system-float-point/)这篇文章。
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## BigDecimal 介绍
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`BigDecimal` 可以实现对浮点数的运算，不会造成精度丢失。
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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。
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《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。**
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具体原因我们在上面已经详细介绍了，这里就不多提了。
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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。
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```java
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BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
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BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
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BigDecimal c = new BigDecimal("0.8");
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BigDecimal x = a.subtract(b);
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BigDecimal y = b.subtract(c);
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System.out.println(x.compareTo(y));// 0
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```
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## BigDecimal 常见方法
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### 创建
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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。
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《阿里巴巴 Java 开发手册》对这部分内容也有提到，如下图所示。
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### 加减乘除
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`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。
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```java
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BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
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||
BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
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System.out.println(a.add(b));// 1.9
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System.out.println(a.subtract(b));// 0.1
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System.out.println(a.multiply(b));// 0.90
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System.out.println(a.divide(b));// 无法除尽，抛出 ArithmeticException 异常
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System.out.println(a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP));// 1.11
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```
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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。
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```java
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public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, int scale, RoundingMode roundingMode) {
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return divide(divisor, scale, roundingMode.oldMode);
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}
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```
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保留规则非常多，这里列举几种:
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```java
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public enum RoundingMode {
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// 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
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// -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
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UP(BigDecimal.ROUND_UP),
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// 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
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// -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2
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DOWN(BigDecimal.ROUND_DOWN),
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// 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
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||
// -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2
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CEILING(BigDecimal.ROUND_CEILING),
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||
// 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
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||
// -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
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FLOOR(BigDecimal.ROUND_FLOOR),
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||
// 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
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||
// -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
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||
HALF_UP(BigDecimal.ROUND_HALF_UP),
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||
//......
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}
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```
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### 大小比较
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`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`。
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```java
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BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
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||
BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
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System.out.println(a.compareTo(b));// 1
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```
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### 保留几位小数
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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。
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```java
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BigDecimal m = new BigDecimal("1.255433");
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BigDecimal n = m.setScale(3,RoundingMode.HALF_DOWN);
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System.out.println(n);// 1.255
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```
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## BigDecimal 等值比较问题
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《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：
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`BigDecimal` 使用 `equals()` 方法进行等值比较出现问题的代码示例：
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```java
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BigDecimal a = new BigDecimal("1");
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BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
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System.out.println(a.equals(b));//false
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```
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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。
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1.0 的 scale 是 1，1 的 scale 是 0，因此 `a.equals(b)` 的结果是 false。
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`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。
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```java
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BigDecimal a = new BigDecimal("1");
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BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
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System.out.println(a.compareTo(b));//0
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```
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## BigDecimal 工具类分享
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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。
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我对其进行了简单改进，分享一下源码：
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```java
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import java.math.BigDecimal;
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import java.math.RoundingMode;
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/**
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||
* 简化BigDecimal计算的小工具类
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*/
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public class BigDecimalUtil {
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/**
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||
* 默认除法运算精度
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*/
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private static final int DEF_DIV_SCALE = 10;
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private BigDecimalUtil() {
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}
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/**
|
||
* 提供精确的加法运算。
|
||
*
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||
* @param v1 被加数
|
||
* @param v2 加数
|
||
* @return 两个参数的和
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||
*/
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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
|
||
*/
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||
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_EVEN).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
|
||
*/
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||
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
|
||
*/
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||
public static float convertToFloat(double v) {
|
||
BigDecimal b = new BigDecimal(v);
|
||
return b.floatValue();
|
||
}
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||
|
||
/**
|
||
* 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();
|
||
}
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||
/**
|
||
* 返回两个数中大的一个值
|
||
*
|
||
* @param v1 需要被对比的第一个数
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||
* @param v2 需要被对比的第二个数
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||
* @return 返回两个数中大的一个值
|
||
*/
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||
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();
|
||
}
|
||
|
||
/**
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||
* 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
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||
*/
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public static int compareTo(double v1, double v2) {
|
||
BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
|
||
BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
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return b1.compareTo(b2);
|
||
}
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}
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```
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||
相关 issue：[建议对保留规则设置为 RoundingMode.HALF_EVEN,即四舍六入五成双,#2129](https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/2129) 。
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## 总结
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浮点数没有办法用二进制精确表示，因此存在精度丢失的风险。
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不过，Java 提供了`BigDecimal` 来操作浮点数。`BigDecimal` 的实现利用到了 `BigInteger` （用来操作大整数）, 所不同的是 `BigDecimal` 加入了小数位的概念。
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