Java中的BigDecimal精度运算详解
作者:靖节先生
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
- BigDecimal(int):创建一个具有参数所指定整数值的对象
- BigDecimal(double):创建一个具有参数所指定双精度值的对象
- BigDecimal(long):创建一个具有参数所指定长整数值的对象
- BigDecimal(String):创建一个具有参数所指定以字符串表示的数值的对象
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:
- 参数类型为double的构造方法的结果有一定的不可预知性。有人可能认为在Java中写入newBigDecimal(0.1)所创建的BigDecimal正好等于 0.1(非标度值 1,其标度为 1),但是它实际上等于0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625。这是因为0.1无法准确地表示为 double(或者说对于该情况,不能表示为任何有限长度的二进制小数)。这样,传入到构造方法的值不会正好等于 0.1(虽然表面上等于该值)。
- String 构造方法是完全可预知的:写入 newBigDecimal(“0.1”) 将创建一个 BigDecimal,它正好等于预期的 0.1。因此,比较而言, 通常建议优先使用String构造方法。
- 当double必须用作BigDecimal的源时,请注意,此构造方法提供了一个准确转换;它不提供与以下操作相同的结果:先使用Double.toString(double)方法,然后使用BigDecimal(String)构造方法,将double转换为String。要获取该结果,请使用static valueOf(double)方法。
2.2 BigDecimal常用方法详解
1.常用方法
- add(BigDecimal): BigDecimal对象中的值相加,返回BigDecimal对象
- subtract(BigDecimal):BigDecimal对象中的值相减,返回BigDecimal对象
- multiply(BigDecimal):BigDecimal对象中的值相乘,返回BigDecimal对象
- divide(BigDecimal):BigDecimal对象中的值相除,返回BigDecimal对象
- toString():将BigDecimal对象中的值转换成字符串
- doubleValue():将BigDecimal对象中的值转换成双精度数
- floatValue():将BigDecimal对象中的值转换成单精度数
- longValue():将BigDecimal对象中的值转换成长整数
- intValue():将BigDecimal对象中的值转换成整数
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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