Java用BigDecimal類解決Double類型精度丟失的問題
簡單描述浮點數十進制轉二進制精度丟失的原因。介紹幾種創建BigDecimal方式的區別。整理了高精度計算的工具類。學習了阿里巴巴Java開發手冊關于BigDecimal比較相等的規定。
經典問題：浮點數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，float和double類型的數據在執行二進制浮點運算的時候，并沒有提供完全精確的結果。產生誤差不在于數的大小，而是因為數的精度。
關于浮點數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型的內存存儲和精度丟失問題
這里簡單討論一下十進制數轉二進制為什么會出現精度丟失的現象，十進制數分為整數部分和小數部分，我們分開來看看就知道原因為何：
十進制整數如何轉化為二進制整數？將被除數每次都除以2，只要除到商為0就可以停止這個過程。
5 / 2 = 2 余 12 / 2 = 1 余 01 / 2 = 0 余 1 // 結果為 101
這個算法永遠都不會無限循環，整數永遠都可以使用二進制數精確表示，但小數呢？
十進制小數如何轉化為二進制數？每次將小數部分乘2，取出整數部分，如果小數部分為0，就可以停止這個過程。
0.1 * 2 = 0.2 取整數部分00.2 * 2 = 0.4 取整數部分00.4 * 2 = 0.8 取整數部分00.8 * 2 = 1.6 取整數部分10.6 * 2 = 1.2 取整數部分10.2 * 2 = 0.4 取整數部分0 //... 我想寫到這就不必再寫了，你應該也已經發現，上面的過程已經開始循環，小數部分永遠不能為0
這個算法有一定概率會存在無限循環，即無法用有限長度的二進制數表示十進制的小數，這就是精度丟失問題產生的原因。
如何用BigDecimal解決double精度問題？我們已經明白為什么精度會存在丟失現象，那么我們就應該知道，當某個業務場景對double數據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，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 --> 0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625b --> 0.1c --> 0.1
可以看到，使用方法一的構造函數仍然出現了精度丟失的問題，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造函數：
// 傳入doublepublic 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)); }
關于這三個構造函數，JDK已經給出了解釋，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表示，無法精確地表示為雙精度數，最后的結果會是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，能用這個構造函數就用這個構造函數叭。
BigDecimal.valueOf(double val)第二種構造方式已經足夠優秀，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了它，可以使用Double.toString(double val)先將double值轉為String，再調用第二種構造方式，你可以直接使用靜態方法：valueOf(double val)。
Double的加減乘除運算工具類BigDecimal所創建的是對象，故我們不能使用傳統的+、-、*、/等算術運算符直接對其對象進行數學運算，而必須調用其相對應的方法。方法中的參數也必須是BigDecimal的對象。網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化的問題。
/** * 用于高精確處理常用的數學運算 */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 * @param v2 加數 * @return 兩個參數的和 */ 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 * @param v2 加數 * @return 兩個參數的和 */ 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 * @param v2 加數 * @param scale 保留scale 位小數 * @return 兩個參數的和 */ 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 * @param v2 減數 * @return 兩個參數的差 */ 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 * @param v2 減數 * @return 兩個參數的差 */ 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 * @param v2 減數 * @param scale 保留scale 位小數 * @return 兩個參數的差 */ 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 * @param v2 乘數 * @return 兩個參數的積 */ 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 * @param v2 乘數 * @return 兩個參數的積 */ 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 * @param v2 乘數 * @param scale 保留scale 位小數 * @return 兩個參數的積 */ 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 * @param v2 乘數 * @param scale 保留scale 位小數 * @return 兩個參數的積 */ 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，當發生除不盡的情況時，精確到 * 小數點以后10位，以后的數字四舍五入 * * @param v1 被除數 * @param v2 除數 * @return 兩個參數的商 */ 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。當發生除不盡的情況時，由scale參數指 * 定精度，以后的數字四舍五入 * * @param v1 被除數 * @param v2 除數 * @param scale 表示表示需要精確到小數點以后幾位。 * @return 兩個參數的商 */ 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。當發生除不盡的情況時，由scale參數指 * 定精度，以后的數字四舍五入 * * @param v1 被除數 * @param v2 除數 * @param scale 表示需要精確到小數點以后幾位 * @return 兩個參數的商 */ 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(); } /** * 提供精確的小數位四舍五入處理 * * @param v 需要四舍五入的數字 * @param scale 小數點后保留幾位 * @return 四舍五入后的結果 */ 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(); } /** * 提供精確的小數位四舍五入處理 * * @param v 需要四舍五入的數字 * @param scale 小數點后保留幾位 * @return 四舍五入后的結果 */ 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 * * @param v1 被除數 * @param v2 除數 * @param scale 小數點后保留幾位 * @return 余數 */ 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 BigDecimal * * @param v1 被除數 * @param v2 除數 * @param scale 小數點后保留幾位 * @return 余數 */ 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 * 阿里巴巴開發規范明確：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 * @param v2 比較數 * @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開發手冊關于BigDecimal的規定
【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。以上就是Java用BigDecimal類解決Double類型精度丟失的問題的詳細內容，更多關于Java BigDecimal解決Double類型精度丟失的資料請關注好吧啦網其它相關文章！
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