利用BigDecimal類巧妙處理Double類型精度丟失
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本篇要點(diǎn)
簡單描述浮點(diǎn)數(shù)十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)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(jì)算的工具類。
學(xué)習(xí)了阿里巴巴Java開發(fā)手冊關(guān)于BigDecimal比較相等的規(guī)定。
經(jīng)典問題：浮點(diǎn)數(shù)精度丟失
精度丟失的問題是在其他計(jì)算機(jī)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(jìn)制浮點(diǎn)運(yùn)算的時(shí)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?yàn)閿?shù)的精度。
關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)存儲精度丟失的問題，話題過于龐大，感興趣的同學(xué)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(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)二進(jìn)制為什么會出現(xiàn)精度丟失的現(xiàn)象，十進(jìn)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?yàn)楹危?/span>
十進(jìn)制整數(shù)如何轉(zhuǎn)化為二進(jìn)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(gè)過程。
5 / 2 = 2 余 1
2 / 2 = 1 余 0
1 / 2 = 0 余 1
// 結(jié)果為 101
這個(gè)算法永遠(yuǎn)都不會無限循環(huán)，整數(shù)永遠(yuǎn)都可以使用二進(jìn)制數(shù)精確表示，但小數(shù)呢？
十進(jìn)制小數(shù)如何轉(zhuǎn)化為二進(jìn)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(gè)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(yīng)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(yuǎn)不能為0
這個(gè)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(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)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(yīng)該知道，當(dāng)某個(gè)業(yè)務(wù)場景對double數(shù)據(jù)的精度要求非常高時(shí)，就必須采取某種手段來處理這個(gè)問題，這也是BigDecimal為什么會被廣泛應(yīng)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(jìn)行精確的運(yùn)算。一般來說，double類型的變量可以處理16位有效數(shù)，但實(shí)際應(yīng)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(gè)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(yù)期，為什么會這樣呢？
這三個(gè)方法其實(shí)對應(yīng)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(shí)際上就是第二種
return new BigDecimal(Double.toString(val));
}
關(guān)于這三個(gè)構(gòu)造函數(shù)，JDK已經(jīng)給出了解釋，并用Notes標(biāo)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(yù)測的，以0.1為例，你以為你傳了一個(gè)double類型的0.1，最后會返回一個(gè)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(jìn)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(yù)測的，也就是說你傳入一個(gè)字符串"0.1"，他就會給你返回一個(gè)值完全為0，1的BigDecimal，官方也表示，能用這個(gè)構(gòu)造函數(shù)就用這個(gè)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(gè)double值，怎么辦呢？官方其實(shí)提供給你思路并且實(shí)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(yùn)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(shù)運(yùn)算符直接對其對象進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，而必須調(diào)用其相對應(yīng)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(xiàng)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(xué)運(yùn)算
*/
public class ArithmeticUtils {
//默認(rèn)除法運(yùn)算精度
private static final int DEF_DIV_SCALE = 10;
/**
* 提供精確的加法運(yùn)算
*
* @param v1 被加數(shù)
* @param v2 加數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算
*
* @param v1 被加數(shù)
* @param v2 加數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算
*
* @param v1 被加數(shù)
* @param v2 加數(shù)
* @param scale 保留scale 位小數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算
*
* @param v1 被減數(shù)
* @param v2 減數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算。
*
* @param v1 被減數(shù)
* @param v2 減數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算
*
* @param v1 被減數(shù)
* @param v2 減數(shù)
* @param scale 保留scale 位小數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算
*
* @param v1 被乘數(shù)
* @param v2 乘數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算
*
* @param v1 被乘數(shù)
* @param v2 乘數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算
*
* @param v1 被乘數(shù)
* @param v2 乘數(shù)
* @param scale 保留scale 位小數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算
*
* @param v1 被乘數(shù)
* @param v2 乘數(shù)
* @param scale 保留scale 位小數(shù)
* @return 兩個(gè)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(yùn)算，當(dāng)發(fā)生除不盡的情況時(shí)，精確到
* 小數(shù)點(diǎn)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(gè)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(yùn)算。當(dāng)發(fā)生除不盡的情況時(shí)，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(diǎn)以后幾位。
* @return 兩個(gè)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(yùn)算。當(dāng)發(fā)生除不盡的情況時(shí)，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(diǎn)以后幾位
* @return 兩個(gè)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(guān)于BigDecimal的規(guī)定
【強(qiáng)制】如上所示BigDecimal的等值比較應(yīng)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(guān)于這一點(diǎn)，我們來看一個(gè)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(gè)方法的解釋是這樣的：
使用compareTo方法，兩個(gè)值相等但是精度不同的BigDecimal對象會被認(rèn)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(gè)關(guān)系，<op>就表示運(yùn)算符。equals方法與compareTo方法不同，此方法僅在兩個(gè)BigDecimal對象的值和精度都相等時(shí)才被認(rèn)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(jì)算時(shí)精度丟失的問題
source: https://www.cnblogs.com/summerday152/p/14202267.html推薦閱讀
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