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BigDecimal 详解

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详解BigDecimal使用方法：解决浮点数精度丢失问题，掌握加减乘除运算、RoundingMode舍入规则、compareTo比较方法，适用金融计算等高精度场景。

BigDecimal 介绍

BigDecimal 可以精确表示十进制数，并提供可显式指定精度和舍入规则的运算。不过，使用有限精度的 MathContext、执行需要舍入的除法，或将结果转换为 float、double 时，仍可能发生舍入。

通常情况下，大部分需要小数精确运算结果的业务场景（比如涉及到钱的场景）都是通过 BigDecimal 来做的。

《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：浮点数之间的等值判断，基本数据类型不能用 == 来比较，包装数据类型不能用 equals 来判断。

具体原因我们在上面已经详细介绍了，这里就不多提了。

想要解决浮点数运算精度丢失这个问题，可以直接使用 BigDecimal 来定义小数的值，然后再进行小数的运算操作即可。

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
BigDecimal c = new BigDecimal("0.8");

BigDecimal x = a.subtract(b);
BigDecimal y = b.subtract(c);

System.out.println(x.compareTo(y));// 0

BigDecimal 常见方法

创建

我们在使用 BigDecimal 时，为了防止精度丢失，推荐使用它的 BigDecimal(String val) 构造方法或者 BigDecimal.valueOf(double val) 静态方法来创建对象。

《阿里巴巴 Java 开发手册》对这部分内容也有提到，如下图所示。

加减乘除

add 方法用于将两个 BigDecimal 对象相加，subtract 方法用于将两个 BigDecimal 对象相减。multiply 方法用于将两个 BigDecimal 对象相乘，divide 方法用于将两个 BigDecimal 对象相除。

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
System.out.println(a.add(b));// 1.9
System.out.println(a.subtract(b));// 0.1
System.out.println(a.multiply(b));// 0.90
System.out.println(a.divide(b));// 无法除尽，抛出 ArithmeticException 异常
System.out.println(a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP));// 1.11

这里需要注意的是，应根据业务是否允许舍入来选择 divide 的重载。要求结果精确时，可以使用不指定舍入规则的版本；结果无法精确表示时会抛出 ArithmeticException。允许舍入时，应显式指定 scale 和 roundingMode。RoundingMode.UNNECESSARY 用于断言结果无需舍入，如果实际需要舍入同样会抛出 ArithmeticException。

public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, int scale, RoundingMode roundingMode) {
    return divide(divisor, scale, roundingMode.oldMode);
}

保留规则非常多，这里列举几种:

public enum RoundingMode {
   // 2.4 -> 3 , 1.6 -> 2
   // -1.6 -> -2 , -2.4 -> -3
   UP(BigDecimal.ROUND_UP),
   // 2.4 -> 2 , 1.6 -> 1
   // -1.6 -> -1 , -2.4 -> -2
   DOWN(BigDecimal.ROUND_DOWN),
   // 2.4 -> 3 , 1.6 -> 2
   // -1.6 -> -1 , -2.4 -> -2
   CEILING(BigDecimal.ROUND_CEILING),
   // 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
   // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
   FLOOR(BigDecimal.ROUND_FLOOR),
   // 2.4 -> 2 , 1.6 -> 2
   // -1.6 -> -2 , -2.4 -> -2
   HALF_UP(BigDecimal.ROUND_HALF_UP),
   //......
}

大小比较

a.compareTo(b) : 返回 -1 表示 a 小于 b，0 表示 a 等于 b， 1 表示 a 大于 b。

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
System.out.println(a.compareTo(b));// 1

保留几位小数

通过 setScale 方法设置保留几位小数以及保留规则。保留规则有挺多种，不需要记，IDEA 会提示。

BigDecimal m = new BigDecimal("1.255433");
BigDecimal n = m.setScale(3,RoundingMode.HALF_DOWN);
System.out.println(n);// 1.255

BigDecimal 等值比较问题

《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：

BigDecimal 使用 equals() 方法进行等值比较出现问题的代码示例：

BigDecimal a = new BigDecimal("1");
BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
System.out.println(a.equals(b));//false

这是因为 equals() 方法不仅仅会比较值的大小（value）还会比较精度（scale），而 compareTo() 方法比较的时候会忽略精度。

1.0 的 scale 是 1，1 的 scale 是 0，因此 a.equals(b) 的结果是 false。

compareTo() 方法可以比较两个 BigDecimal 的值，如果相等就返回 0，如果第 1 个数比第 2 个数大则返回 1，反之返回-1。

BigDecimal a = new BigDecimal("1");
BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
System.out.println(a.compareTo(b));//0

BigDecimal 工具类分享

网上有一个使用人数比较多的 BigDecimal 工具类，提供了多个静态方法来简化 BigDecimal 的操作。

我对其进行了简单改进，分享一下源码：

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

/**
 * 简化BigDecimal计算的小工具类
 */
public class BigDecimalUtil {

    /**
     * 默认除法运算精度
     */
    private static final int DEF_DIV_SCALE = 10;

    private BigDecimalUtil() {
    }

    /**
     * 使用 BigDecimal 进行加法运算，结果转换为 double 时仍可能发生舍入。
     *
     * @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 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.add(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 使用 BigDecimal 进行减法运算，结果转换为 double 时仍可能发生舍入。
     *
     * @param v1 被减数
     * @param v2 减数
     * @return 两个参数的差
     */
    public static double subtract(double v1, double v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.subtract(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 使用 BigDecimal 进行乘法运算，结果转换为 double 时仍可能发生舍入。
     *
     * @param v1 被乘数
     * @param v2 乘数
     * @return 两个参数的积
     */
    public static double multiply(double v1, double v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.multiply(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 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，以后的数字四舍六入五成双。
     *
     * @param v1 被除数
     * @param v2 除数
     * @return 两个参数的商
     */
    public static double divide(double v1, double v2) {
        return divide(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，以后的数字四舍六入五成双。
     *
     * @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 divide(double v1, double v2, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(
                    "The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.divide(b2, scale, RoundingMode.HALF_EVEN).doubleValue();
    }

    /**
     * 使用 HALF_EVEN 规则处理指定小数位。
     *
     * @param v     需要四舍六入五成双的数字
     * @param scale 小数点后保留几位
     * @return 四舍六入五成双后的结果
     */
    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 = BigDecimal.valueOf(v);
        BigDecimal one = new BigDecimal("1");
        return b.divide(one, scale, RoundingMode.HALF_EVEN).doubleValue();
    }

    /**
     * 转换为 Float，超出 float 精度或范围时可能发生舍入或溢出
     *
     * @param v 需要被转换的数字
     * @return 返回转换结果
     */
    public static float convertToFloat(double v) {
        BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(v);
        return b.floatValue();
    }

    /**
     * 转换为 Int，不进行舍入；小数部分会被截断，超出范围时会丢失高位
     *
     * @param v 需要被转换的数字
     * @return 返回转换结果
     */
    public static int convertsToInt(double v) {
        BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(v);
        return b.intValue();
    }

    /**
     * 转换为 Long，不进行舍入；小数部分会被截断，超出范围时会丢失高位
     *
     * @param v 需要被转换的数字
     * @return 返回转换结果
     */
    public static long convertsToLong(double v) {
        BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(v);
        return b.longValue();
    }

    /**
     * 返回两个数中大的一个值
     *
     * @param v1 需要被对比的第一个数
     * @param v2 需要被对比的第二个数
     * @return 返回两个数中大的一个值
     */
    public static double returnMax(double v1, double v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.max(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 返回两个数中小的一个值
     *
     * @param v1 需要被对比的第一个数
     * @param v2 需要被对比的第二个数
     * @return 返回两个数中小的一个值
     */
    public static double returnMin(double v1, double v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.min(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 精确对比两个数字
     *
     * @param v1 需要被对比的第一个数
     * @param v2 需要被对比的第二个数
     * @return 如果两个数一样则返回0，如果第一个数比第二个数大则返回1，反之返回-1
     */
    public static int compareTo(double v1, double v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.compareTo(b2);
    }

}

总结

许多十进制小数无法用有限位二进制精确表示，因此使用 float 或 double 运算时存在精度丢失的风险。

不过，Java 提供了 BigDecimal 来操作浮点数。BigDecimal 的实现利用到了 BigInteger（用来操作大整数）, 所不同的是 BigDecimal 加入了小数位的概念。

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