Java 中的 BigDecimal 正确用法实践案例,80% 的人都用错了

主要包含以下常用功能的解释使用:

1、 BigDecimal代码工具类推荐
2、 BigDecimal实际错误案例分析
3、 BigDecimal计算金额正确使用方式
4、 BigDecimal使用过程中的数值格式化(例如:只包含2位小数等)
5、 BigDecima精度丢失问题源码及其场景分析
package com.example.demo.back.vo;


import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;

/**
 * @author lisanwei
 */
public class ArraysRes {
    /**
     * 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(String.valueOf(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(String.valueOf(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, RoundingMode.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, RoundingMode.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(String.valueOf(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(String.valueOf(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(String.valueOf(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(String.valueOf(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, RoundingMode.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(String.valueOf(v1));
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(String.valueOf(v2));
        return b1.divide(b2, scale, RoundingMode.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, RoundingMode.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(String.valueOf(v));
        return b.setScale(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 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, RoundingMode.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, RoundingMode.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, RoundingMode.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);
        return bj > 0;
    }
}

首先请查看下面如图所示执行结果

一、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\color{#FF0000}{Double.valueOf(String)}\color{#FF0000}{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\color{#FF0000}{+、-、*、/ }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。

二、BigDecimal常用构造函数

2.1、常用构造函数
  • 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

2.2、使用问题分析
BigDecimal a =new BigDecimal(0.1);  
System.out.println("a values is:"+a);  
System.out.println("=====================");  
BigDecimal b =new BigDecimal("0.1");  
System.out.println("b values is:"+b);  
结果示例:
a values is:0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625  
=====================  
b values is:0.1
2.3、原因分析

1、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\color{#FF0000}{new BigDecimal(0.1)}
所创建的BigDecimal正好等于\color{#FF0000}{ 0.1},但是它实际上等于\color{#FF0000}{0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625}
这是因为0.1无法准确地表示为 \color{#FF0000}{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)

2、String 构造方法是完全可预知的:写入\color{#FF0000}{new BigDecimal(“0.1”)}将创建一个\color{#FF0000}{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。

3、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\color{#FF0000}{Double.toString(double)}方法,然后使用BigDecimal(String)构造方法,将double转换为String。

三、BigDecimal常用方法详解

3.1、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

3.2、BigDecimal大小比较

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

int a = bigdemical.compareTo(bigdemical2)  

返回结果分析

a = -1,表示bigdemical小于bigdemical2;  
a = 0,表示bigdemical等于bigdemical2;  
a = 1,表示bigdemical大于bigdemical2;  

举例:a大于等于b。

new bigdemica(a).compareTo(new bigdemical(b)) >= 0  

四、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,代码示例如下:
①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
②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

        // 建立货币格式化引用
        NumberFormat currency = NumberFormat.getCurrencyInstance();

        // 建立百分比格式化引用
        NumberFormat percent = NumberFormat.getPercentInstance();
        // 百分比小数点最多3位
        percent.setMaximumFractionDigits(3);

        // 数字格式化 
        NumberFormat numberInstance = NumberFormat.getNumberInstance();
        // 百分比小数点最多2位
        numberInstance.setMaximumFractionDigits(2);

        //贷款金额
        BigDecimal loanAmount = new BigDecimal("15000.48");
        //利率
        BigDecimal interestRate = new BigDecimal("0.008");

        //相乘
        BigDecimal interest = loanAmount.multiply(interestRate);

        System.out.println("贷款金额:" + currency.format(loanAmount));
        System.out.println("利率:" + percent.format(interestRate));
        System.out.println("利息:" + currency.format(interest));

        String format = numberInstance.format(0.56988);
        System.out.println("format = " + format);
执行结果
BigDecimal格式化保留2为小数,不足则补0:
package com.example.demo.back.vo;


import java.math.BigDecimal;
import java.text.DecimalFormat;

/**
 * @author lisanwei
 */
public class ArraysRes {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("3.435")));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal(0)));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("0.00")));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("0.001")));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("0.006")));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("0.206")));

    }
    /**
     * @desc 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
     * @param obj 传入的小数
     * @return
     */
    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).toString();
        }else {
            return df.format(obj).toString();
        }
    }
}

五、BigDecimal常见异常

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

六、BigDecimal总结

6.1、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。

BigDecimal 在金额计算中会丢失精度,示例如下:
通过测试发现,当使用 double 或者 float 这些浮点数据类型时,会丢失精度,String、int 则不会,这是为什么呢?

查看源码会看见long valBits = Double.doubleToLongBits(val)这个方法


问题就处在 doubleToRawLongBits 这个方法上,在 jdk 中 double 类(float 与 int 对应)中提供了 double 与 long 转换,doubleToRawLongBits 就是将 double 转换为 long,这个方法是原始方法(底层不是 java 实现,是 c++ 实现的)
BigDecimal 在处理的时候把十进制小数扩大 N 倍让它在整数上进行计算,并保留相应的精度信息。
①float 和 double 类型,主要是为了科学计算和工程计算而设计的,之所以执行二进制浮点运算,是为了在广泛的数值范围上提供较为精确的快速近和计算。并没有提供完全精确的结果,所以不应该被用于精确的结果的场合。
②当浮点数达到一定大的数,就会自动使用科学计数法,这样的表示只是近似真实数而不等于真实数。
③当十进制小数位转换二进制的时候也会出现无限循环或者超过浮点数尾数的长度。
结论:在涉及到精度计算的过程中,我们尽量使用 String 类型来转换使用
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