利用BigDecimal類巧妙處理Double類型精度丟失
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本篇要點
簡單描述浮點數(shù)十進制轉(zhuǎn)二進制精度丟失的原因。
介紹幾種創(chuàng)建BigDecimal方式的區(qū)別。
整理了高精度計算的工具類。
學習了阿里巴巴Java開發(fā)手冊關于BigDecimal比較相等的規(guī)定。
經(jīng)典問題：浮點數(shù)精度丟失
精度丟失的問題是在其他計算機語言中也都會出現(xiàn)，float和double類型的數(shù)據(jù)在執(zhí)行二進制浮點運算的時候，并沒有提供完全精確的結(jié)果。產(chǎn)生誤差不在于數(shù)的大小，而是因為數(shù)的精度。
關于浮點數(shù)存儲精度丟失的問題，話題過于龐大，感興趣的同學可以自行搜索一下：【解惑】剖析float型的內(nèi)存存儲和精度丟失問題
這里簡單討論一下十進制數(shù)轉(zhuǎn)二進制為什么會出現(xiàn)精度丟失的現(xiàn)象，十進制數(shù)分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，我們分開來看看就知道原因為何：
十進制整數(shù)如何轉(zhuǎn)化為二進制整數(shù)？
將被除數(shù)每次都除以2，只要除到商為0就可以停止這個過程。
5?/?2?=?2?余?1
2?/?2?=?1?余?0
1?/?2?=?0?余?1?
//?結(jié)果為?101
這個算法永遠都不會無限循環(huán)，整數(shù)永遠都可以使用二進制數(shù)精確表示，但小數(shù)呢？
十進制小數(shù)如何轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)？
每次將小數(shù)部分乘2，取出整數(shù)部分，如果小數(shù)部分為0，就可以停止這個過程。
0.1?*?2?=?0.2?取整數(shù)部分0
0.2?*?2?=?0.4?取整數(shù)部分0
0.4?*?2?=?0.8?取整數(shù)部分0
0.8?*?2?=?1.6?取整數(shù)部分1
0.6?*?2?=?1.2?取整數(shù)部分1
0.2?*?2?=?0.4?取整數(shù)部分0?
//...?我想寫到這就不必再寫了，你應該也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，
//?上面的過程已經(jīng)開始循環(huán)，小數(shù)部分永遠不能為0
這個算法有一定概率會存在無限循環(huán)，即無法用有限長度的二進制數(shù)表示十進制的小數(shù)，這就是精度丟失問題產(chǎn)生的原因。
如何用BigDecimal解決double精度問題？
我們已經(jīng)明白為什么精度會存在丟失現(xiàn)象，那么我們就應該知道，當某個業(yè)務場景對double數(shù)據(jù)的精度要求非常高時，就必須采取某種手段來處理這個問題，這也是BigDecimal為什么會被廣泛應用于金額支付場景中的原因啦。
BigDecimal類位于
java.math包下，用于對超過16位有效位的數(shù)進行精確的運算。一般來說，double類型的變量可以處理16位有效數(shù)，但實際應用中，如果超過16位，就需要BigDecimal類來操作。
既然這樣，那用BigDecimal就能夠很好解決這個問題咯？
public?static?void?main(String[]?args)?{
????//?方法1
????????BigDecimal?a?=?new?BigDecimal(0.1);
????????System.out.println("a?-->?"?+?a);
????//?方法2
????????BigDecimal?b?=?new?BigDecimal("0.1");
????????System.out.println("b?-->?"?+?b);
????//?方法3
????????BigDecimal?c?=?BigDecimal.valueOf(0.1);
????????System.out.println("c?-->?"?+?c);
????}
你可以思考一下，控制臺輸出會是啥。
a?-->?0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625
b?-->?0.1
c?-->?0.1
可以看到，使用方法一的構(gòu)造函數(shù)仍然出現(xiàn)了精度丟失的問題，而方法二和方法三符合我們的預期，為什么會這樣呢？
這三個方法其實對應著三種不同的構(gòu)造函數(shù)：
????//?傳入double
????public?BigDecimal(double?val)?{
????????this(val,MathContext.UNLIMITED);
????}
????//?傳入string
????public?BigDecimal(String?val)?{
????????this(val.toCharArray(),?0,?val.length());
????}
????public?static?BigDecimal?valueOf(double?val)?{
????????//?Reminder:?a?zero?double?returns?'0.0',?so?we?cannot?fastpath
????????//?to?use?the?constant?ZERO.??This?might?be?important?enough?to
????????//?justify?a?factory?approach,?a?cache,?or?a?few?private
????????//?constants,?later.
????????//?可以看到實際上就是第二種
????????return?new?BigDecimal(Double.toString(val));
????}
關于這三個構(gòu)造函數(shù)，JDK已經(jīng)給出了解釋，并用Notes標注：
為了防止以后圖片可能會存在顯示問題，這里再記錄一下：
new BigDecimal(double val)
該方法是不可預測的，以0.1為例，你以為你傳了一個double類型的0.1，最后會返回一個值為0.1的BigDecimal嗎？不會的，原因在于，0.1無法用有限長度的二進制數(shù)表示，無法精確地表示為雙精度數(shù)，最后的結(jié)果會是0.100000xxx。
new BigDecimal(String val)
該方法是完全可預測的，也就是說你傳入一個字符串"0.1"，他就會給你返回一個值完全為0，1的BigDecimal，官方也表示，能用這個構(gòu)造函數(shù)就用這個構(gòu)造函數(shù)叭。
BigDecimal.valueOf(double val)
第二種構(gòu)造方式已經(jīng)足夠優(yōu)秀，可你還是想傳入一個double值，怎么辦呢？官方其實提供給你思路并且實現(xiàn)了它，可以使用Double.toString(double val)先將double值轉(zhuǎn)為String，再調(diào)用第二種構(gòu)造方式，你可以直接使用靜態(tài)方法：valueOf(double val)。
Double的加減乘除運算工具類
BigDecimal所創(chuàng)建的是對象，故我們不能使用傳統(tǒng)的+、-、*、/等算術運算符直接對其對象進行數(shù)學運算，而必須調(diào)用其相對應的方法。方法中的參數(shù)也必須是BigDecimal的對象。網(wǎng)上有很多這樣的工具類，這邊直接貼一下，邏輯不難，主要為了簡化項目中頻繁互相轉(zhuǎn)化的問題。
/**
?*?用于高精確處理常用的數(shù)學運算
?*/
public?class?ArithmeticUtils?{
????//默認除法運算精度
????private?static?final?int?DEF_DIV_SCALE?=?10;
????/**
?????*?提供精確的加法運算
?????*
?????*?@param?v1?被加數(shù)
?????*?@param?v2?加數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)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();
????}
????/**
?????*?提供精確的加法運算
?????*
?????*?@param?v1?被加數(shù)
?????*?@param?v2?加數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)的和
?????*/
????public?static?BigDecimal?add(String?v1,?String?v2)?{
????????BigDecimal?b1?=?new?BigDecimal(v1);
????????BigDecimal?b2?=?new?BigDecimal(v2);
????????return?b1.add(b2);
????}
????/**
?????*?提供精確的加法運算
?????*
?????*?@param?v1????被加數(shù)
?????*?@param?v2????加數(shù)
?????*?@param?scale?保留scale?位小數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)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();
????}
????/**
?????*?提供精確的減法運算
?????*
?????*?@param?v1?被減數(shù)
?????*?@param?v2?減數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)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();
????}
????/**
?????*?提供精確的減法運算。
?????*
?????*?@param?v1?被減數(shù)
?????*?@param?v2?減數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)的差
?????*/
????public?static?BigDecimal?sub(String?v1,?String?v2)?{
????????BigDecimal?b1?=?new?BigDecimal(v1);
????????BigDecimal?b2?=?new?BigDecimal(v2);
????????return?b1.subtract(b2);
????}
????/**
?????*?提供精確的減法運算
?????*
?????*?@param?v1????被減數(shù)
?????*?@param?v2????減數(shù)
?????*?@param?scale?保留scale?位小數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)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();
????}
????/**
?????*?提供精確的乘法運算
?????*
?????*?@param?v1?被乘數(shù)
?????*?@param?v2?乘數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)的積
?????*/
????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();
????}
????/**
?????*?提供精確的乘法運算
?????*
?????*?@param?v1?被乘數(shù)
?????*?@param?v2?乘數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)的積
?????*/
????public?static?BigDecimal?mul(String?v1,?String?v2)?{
????????BigDecimal?b1?=?new?BigDecimal(v1);
????????BigDecimal?b2?=?new?BigDecimal(v2);
????????return?b1.multiply(b2);
????}
????/**
?????*?提供精確的乘法運算
?????*
?????*?@param?v1????被乘數(shù)
?????*?@param?v2????乘數(shù)
?????*?@param?scale?保留scale?位小數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)的積
?????*/
????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);
????}
????/**
?????*?提供精確的乘法運算
?????*
?????*?@param?v1????被乘數(shù)
?????*?@param?v2????乘數(shù)
?????*?@param?scale?保留scale?位小數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)的積
?????*/
????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（相對）精確的除法運算，當發(fā)生除不盡的情況時，精確到
?????*?小數(shù)點以后10位，以后的數(shù)字四舍五入
?????*
?????*?@param?v1?被除數(shù)
?????*?@param?v2?除數(shù)
?????*?@return?兩個參數(shù)的商
?????*/
????public?static?double?div(double?v1,?double?v2)?{
????????return?div(v1,?v2,?DEF_DIV_SCALE);
????}
????/**
?????*?提供（相對）精確的除法運算。當發(fā)生除不盡的情況時，由scale參數(shù)指
?????*?定精度，以后的數(shù)字四舍五入
?????*
?????*?@param?v1????被除數(shù)
?????*?@param?v2????除數(shù)
?????*?@param?scale 表示表示需要精確到小數(shù)點以后幾位。
?????*?@return?兩個參數(shù)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（相對）精確的除法運算。當發(fā)生除不盡的情況時，由scale參數(shù)指
?????*?定精度，以后的數(shù)字四舍五入
?????*
?????*?@param?v1????被除數(shù)
?????*?@param?v2????除數(shù)
?????*?@param?scale?表示需要精確到小數(shù)點以后幾位
?????*?@return?兩個參數(shù)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();
????}
????/**
?????*?提供精確的小數(shù)位四舍五入處理
?????*
?????*?@param?v?????需要四舍五入的數(shù)字
?????*?@param?scale?小數(shù)點后保留幾位
?????*?@return?四舍五入后的結(jié)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();
????}
????/**
?????*?提供精確的小數(shù)位四舍五入處理
?????*
?????*?@param?v?????需要四舍五入的數(shù)字
?????*?@param?scale?小數(shù)點后保留幾位
?????*?@return?四舍五入后的結(jié)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();
????}
????/**
?????*?取余數(shù)
?????*
?????*?@param?v1????被除數(shù)
?????*?@param?v2????除數(shù)
?????*?@param?scale?小數(shù)點后保留幾位
?????*?@return?余數(shù)
?????*/
????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();
????}
????/**
?????*?取余數(shù)??BigDecimal
?????*
?????*?@param?v1????被除數(shù)
?????*?@param?v2????除數(shù)
?????*?@param?scale?小數(shù)點后保留幾位
?????*?@return?余數(shù)
?????*/
????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);
????}
????/**
?????*?比較大小
?????*?阿里巴巴開發(fā)規(guī)范明確：比較BigDecimal的等值需要使用compareTo，不可用equals
?????*?equals會比較值和精度，compareTo會忽略精度
?????*?@param?v1?被比較數(shù)
?????*?@param?v2?比較數(shù)
?????*?@return?如果v1?大于v2?則?返回true?否則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;
????????if?(bj?>?0)
????????????res?=?true;
????????else
????????????res?=?false;
????????return?res;
????}
}
阿里巴巴Java開發(fā)手冊關于BigDecimal的規(guī)定
【強制】如上所示BigDecimal的等值比較應使用compareTo()方法，而不是equals()方法。
說明：equals()方法會比較值和精度(1.0和1.00返回結(jié)果為false),而compareTo()則會忽略精度。
關于這一點，我們來看一個例子就明白了：
public?static?void?main(String[]?args)?{
????????BigDecimal?a?=?new?BigDecimal("1");
????????BigDecimal?b?=?new?BigDecimal("1.0");
????????System.out.println(a.equals(b));?//?false
????????System.out.println(a.compareTo(b));?//0?表示相等
????}
JDK中對這兩個方法的解釋是這樣的：
使用compareTo方法，兩個值相等但是精度不同的BigDecimal對象會被認為是相等的，比如2.0和2.00。建議使用
x.compareTo(y) <op> 0來表示(<, == , > , >= , != , <=)中的其中一個關系，<op>就表示運算符。equals方法與compareTo方法不同，此方法僅在兩個BigDecimal對象的值和精度都相等時才被認為是相等的，如2.0和2.00就是不相等的。
參考閱讀
LanceToBigData:Java之BigDecimal詳解
為什么阿里巴巴禁止使用BigDecimal的equals方法做等值比較？
java中double和float精度丟失問題
討Java中double在計算時精度丟失的問題
source:?https://www.cnblogs.com/summerday152/p/14202267.html
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