--- title: BigDecimal 详解 category: Java tag: - Java基础 --- 《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： ```java 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 ``` **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： ```java // 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） ... ``` 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。 ## 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。**  具体原因我们在上面已经详细介绍了，这里就不多提了。 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。 ```java 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 ``` ## BigDecimal 常见方法 ### 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。  ### 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。 ```java 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。 ```java 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: ```java 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), //...... } ``` ### 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`。 ```java BigDecimal a = new BigDecimal("1.0"); BigDecimal b = new BigDecimal("0.9"); System.out.println(a.compareTo(b));// 1 ``` ### 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。 ```java BigDecimal m = new BigDecimal("1.255433"); BigDecimal n = m.setScale(3,RoundingMode.HALF_DOWN); System.out.println(n);// 1.255 ``` ## BigDecimal 等值比较问题 《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：  `BigDecimal` 使用 `equals()` 方法进行等值比较出现问题的代码示例： ```java 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。  `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。 ```java BigDecimal a = new BigDecimal("1"); BigDecimal b = new BigDecimal("1.0"); System.out.println(a.compareTo(b));//0 ``` ## 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： ```java 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); } } ``` ## 总结 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。 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。