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Java中的BigDecimal精度运算详解

作者:靖节先生

这篇文章主要介绍了Java中的BigDecimal精度运算详解,Java在java.math包中提供的API类BigDecimal,用来对超过16位有效位的数进行精确的运算,双精度浮点型变量double可以处理16位有效数,但在实际应用中,可能需要对更大或者更小的数进行运算和处理,需要的朋友可以参考下

1. BigDecimal概述

Java在java.math包中提供的API类BigDecimal,用来对超过16位有效位的数进行精确的运算。双精度浮点型变量double可以处理16位有效数,但在实际应用中,可能需要对更大或者更小的数进行运算和处理。

一般情况下,对于那些不需要准确计算精度的数字,我们可以直接使用Float和Double处理,但是Double.valueOf(String) 和Float.valueOf(String)会丢失精度。所以开发中,如果我们需要精确计算的结果,则必须使用BigDecimal类来操作。

BigDecimal所创建的是对象,故我们不能使用传统的+、-、*、/等算术运算符直接对其对象进行数学运算,而必须调用其相对应的方法。方法中的参数也必须是BigDecimal的对象。构造器是类的特殊方法,专门用来创建对象,特别是带有参数的对象。

注意事项,BigDecimal一般用于金额计算等精度较高的应用场景,对于金额在设计的时候尽量使用分或者更小的单位,从而可以避免精度丢失的问题,又可以避免使用BigDecimal而带来的复杂操作问题,也避免使用BigDecimal也存在空指针等一系列异常的风险,对于除了金额其他场景也可以考虑较小的单位从而避免BigDecimal的应用。如果需要使用要注意使用BigDecimal构造函数避免参数使用浮点类型及出现异常的情况。

2. BigDecimal方法

2.1 BigDecimal常用构造函数

1.构造方法

2.构造方法存在的问题

public class ArithmeticTest {
    /**
     * 精度丢失问题
     * double与float都存在精度丢失的问题,BigDecimal可以防止精度丢失
     *
     * @param args
     * @return void
     */
    public static void main(String[] args) {
        double x = 1;
        double y = 0.9;
        double z = x - y;
        //输出结果:【double测试】1 - 0.9 = 0.09999999999999998
        System.out.println("【double测试】1 - 0.9 = " + z);
        float a = 1f;
        float b = 0.9f;
        float c = a - b;
        //输出结果:【float测试】1 - 0.9 = 0.09999999999999998
        System.out.println("【float测试】1 - 0.9 = " + z);
        BigDecimal d = new BigDecimal(0.1);
        //输出结果:【BigDecimal测试】浮点型类型参数:0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625
        System.out.println("【BigDecimal测试】浮点型类型参数:" + d);
        BigDecimal e = new BigDecimal("0.1");
        //输出结果:【BigDecimal测试】字符串类型参数:0.1
        System.out.println("【BigDecimal测试】字符串类型参数:" + e);
    }
}

原因分析:

2.2 BigDecimal常用方法详解

1.常用方法

2.大小比较

java中对BigDecimal比较大小一般用的是bigdemical的compareTo方法

    /**
     * BigDecimal比较大小
     * 【BigDecimal比较大小】b.compareTo(a):1 ,a大于b
     * 【BigDecimal比较大小】a.compareTo(c):0,a等于b
     * 【BigDecimal比较大小】a.compareTo(b):-1,a小于b
     *
     * @return void
     */
    @Test
    public void BigDecimalCompareTest() {
        BigDecimal a = new BigDecimal("1");
        BigDecimal b = new BigDecimal("2");
        BigDecimal c = new BigDecimal("1");
        int d = a.compareTo(b);
        int e = a.compareTo(c);
        int f = b.compareTo(a);
        System.out.println("【BigDecimal比较大小】b.compareTo(a):" + f);
        System.out.println("【BigDecimal比较大小】a.compareTo(c):" + e);
        System.out.println("【BigDecimal比较大小】a.compareTo(b):" + d);
    }

3. BigDecimal格式化

由于NumberFormat类的format()方法可以使用BigDecimal对象作为其参数,可以利用BigDecimal对超出16位有效数字的货币值,百分值,以及一般数值进行格式化控制。

以利用BigDecimal对货币和百分比格式化为例。首先,创建BigDecimal对象,进行BigDecimal的算术运算后,分别建立对货币和百分比格式化的引用,最后利用BigDecimal对象作为format()方法的参数,输出其格式化的货币值和百分比。

    /**
     * BigDecimal格式化
     *
     * @return void
     */
    @Test
    public void BigDecimalFormatTest() {
        NumberFormat currency = NumberFormat.getCurrencyInstance(); //建立货币格式化引用
        NumberFormat percent = NumberFormat.getPercentInstance();  //建立百分比格式化引用
        percent.setMaximumFractionDigits(3); //百分比小数点最多3位
        BigDecimal loanAmount = new BigDecimal("15000.48"); //贷款金额
        BigDecimal interestRate = new BigDecimal("0.008"); //利率
        BigDecimal interest = loanAmount.multiply(interestRate); //相乘
        System.out.println("【BigDecimal格式化】贷款金额:\t" + currency.format(loanAmount));
        System.out.println("【BigDecimal格式化】利率:\t" + percent.format(interestRate));
        System.out.println("【BigDecimal格式化】利息:\t" + currency.format(interest));
    }
    /**
     * BigDecimal格式化保留2为小数,不足则补0:
     *
     * @param
     * @return void
     */
    @Test
    public void BigDecimalFormatToNumberTest() {
        System.out.println("【BigDecimal格式化】" + formatToNumber(new BigDecimal("3.435")));
        System.out.println("【BigDecimal格式化】" + formatToNumber(new BigDecimal(0)));
        System.out.println("【BigDecimal格式化】" + formatToNumber(new BigDecimal("0.00")));
        System.out.println("【BigDecimal格式化】" + formatToNumber(new BigDecimal("0.001")));
        System.out.println("【BigDecimal格式化】" + formatToNumber(new BigDecimal("0.006")));
        System.out.println("【BigDecimal格式化】" + formatToNumber(new BigDecimal("0.206")));
    }
    /**
     * 传入的小数
     * 1.0~1之间的BigDecimal小数,格式化后失去前面的0,则前面直接加上0。
     * 2.传入的参数等于0,则直接返回字符串"0.00"
     * 3.大于1的小数,直接格式化返回字符串
     */
    public static String formatToNumber(BigDecimal obj) {
        DecimalFormat df = new DecimalFormat("#.00");
        if (obj.compareTo(BigDecimal.ZERO) == 0) {
            return "0.00";
        } else if (obj.compareTo(BigDecimal.ZERO) > 0 && obj.compareTo(new BigDecimal(1)) < 0) {
            return "0" + df.format(obj);
        } else {
            return df.format(obj);
        }
    }

4. BigDecimal异常

除法异常 java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result

原因分析 通过BigDecimal的divide方法进行除法时当不整除,出现无限循环小数时,就会抛异常:java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.

解决方法: divide方法设置精确的小数点,如:divide(xxxxx,2)

5. BigDecimal总结

在需要精确的小数计算时再使用BigDecimal,BigDecimal的性能比double和float差,在处理庞大,复杂的运算时尤为明显。故一般精度的计算没必要使用BigDecimal。尽量使用参数类型为String的构造函数。

BigDecimal都是不可变的(immutable)的, 在进行每一次四则运算时,都会产生一个新的对象 ,所以在做加减乘除运算时要记得要保存操作后的值。

6. BigDecimal工具

ArithmeticUtils 用于高精确处理常用的数学运算

package com.jerry.unit.util;
import java.math.BigDecimal;
/**
 * 用于高精确处理常用的数学运算
 *
 * @author Jerry
 * @since 2022/5/13
 **/
public class ArithmeticUtils {
    //默认除法运算精度
    private static final int DEF_DIV_SCALE = 10;
    /**
     * 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 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return b1.add(b2).doubleValue();
    }
    /**
     * 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 BigDecimal add(String v1, String v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.add(b2);
    }
    /**
     * 提供精确的加法运算
     *
     * @param v1    被加数
     * @param v2    加数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的和
     */
    public static String add(String v1, String v2, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.add(b2).setScale(scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).toString();
    }
    /**
     * 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 sub(double v1, double v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return b1.subtract(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 BigDecimal sub(String v1, String v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.subtract(b2);
    }
    /**
     * 提供精确的减法运算
     *
     * @param v1    被减数
     * @param v2    减数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的差
     */
    public static String sub(String v1, String v2, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.subtract(b2).setScale(scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).toString();
    }
    /**
     * 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 mul(double v1, double v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return b1.multiply(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 BigDecimal mul(String v1, String v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.multiply(b2);
    }
    /**
     * 提供精确的乘法运算
     *
     * @param v1    被乘数
     * @param v2    乘数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的积
     */
    public static double mul(double v1, double v2, int scale) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return round(b1.multiply(b2).doubleValue(), scale);
    }
    /**
     * 提供精确的乘法运算
     *
     * @param v1    被乘数
     * @param v2    乘数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的积
     */
    public static String mul(String v1, String v2, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.multiply(b2).setScale(scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).toString();
    }
    /**
     * 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 div(double v1, double v2) {
        return div(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 div(double v1, double v2, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
        return b1.divide(b2, scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
    }
    /**
     * 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 表示需要精确到小数点以后几位
     * @return 两个参数的商
     */
    public static String div(String v1, String v2, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v1);
        return b1.divide(b2, scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).toString();
    }
    /**
     * 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 = new BigDecimal(Double.toString(v));
        return b.setScale(scale, BigDecimal.ROUND_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 String round(String v, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b = new BigDecimal(v);
        return b.setScale(scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).toString();
    }
    /**
     * 取余数
     *
     * @param v1    被除数
     * @param v2    除数
     * @param scale 小数点后保留几位
     * @return 余数
     */
    public static String remainder(String v1, String v2, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.remainder(b2).setScale(scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).toString();
    }
    /**
     * 取余数  BigDecimal
     *
     * @param v1    被除数
     * @param v2    除数
     * @param scale 小数点后保留几位
     * @return 余数
     */
    public static BigDecimal remainder(BigDecimal v1, BigDecimal v2, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        return v1.remainder(v2).setScale(scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
    }
    /**
     * 比较大小
     *
     * @param v1 被比较数
     * @param v2 比较数
     * @return 如果v1 大于v2 则 返回true 否则false
     */
    public static boolean compare(String v1, String v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        int bj = b1.compareTo(b2);
        boolean res;
        res = bj > 0;
        return res;
    }
}

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