Java用BigDecimal類解決Double類型精度丟失的問題
更新時間：2020年12月29日 09:57:23 作者：天喬巴夏丶
這篇文章主要介紹了Java用BigDecimal類解決Double類型精度丟失的問題，幫助大家更好的理解和使用Java，感興趣的朋友可以了解下
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(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(guān)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(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(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(yīng)該知道，當(dāng)某個業(yè)務(wù)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(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(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？
這三個方法其實對應(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.
// 可以看到實際上就是第二種
return new BigDecimal(Double.toString(val));
}
關(guān)于這三個構(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(yù)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(shù)運算符直接對其對象進行數(shù)學(xué)運算，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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(guān)于BigDecimal的規(guī)定
【強制】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，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(guān)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(nèi)容，更多關(guān)于Java BigDecimal解決Double類型精度丟失的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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