BigDecimal 详解
《阿里巴巴 Java 开发手册》中提到：“为了避免精度丢失，可以使用 BigDecimal 来进行浮点数的运算”。
浮点数的运算竟然还会有精度丢失的风险吗？确实会！
在平常的代码中，使用浮点数时就会出现代码精度丢失的问题：
示例代码：
package test;/*** 全都给我写代码** @author jiangminghui* @date 2022/11/02 21:40**/
public class Test01 {public static void main(String[] args) {float a = 2.0f - 1.9f;float b = 1.8f - 1.7f;System.out.println(a);System.out.println(b);System.out.println(a == b);}
}在上述的代码中的输出结果如下所示：
0.100000024
0.099999905
false是不是只有float才会有这种情况呢，double会出现这种问题吗？
实例代码：
package test;/*** 全都给我写代码** @author jiangminghui* @date 2022/11/02 21:40**/
public class Test01 {public static void main(String[] args) {double a = 2.0 - 1.9;double b = 1.8 - 1.7;System.out.println(a);System.out.println(b);}
}代码输出结果：
0.10000000000000009
0.10000000000000009为什么会出现上述精度丢失的情况呢：
这个和计算机保存浮点数的机制有很大关系。我们知道计算机是二进制的，而且计算机在表示一个数字时，宽度是有限的，无限循环的小数存储在计算机时，只能被截断，所以就会导致小数精度发生损失的情况。这也就是解释了为什么浮点数没有办法用二进制精确表示。
就比如说十进制下的 0.2 就没办法精确转换成二进制小数：
// 0.2 转换为二进制数的过程为，不断乘以 2，直到不存在小数为止，
// 在这个计算过程中，得到的整数部分从上到下排列就是二进制的结果。
0.2 * 2 = 0.4 -> 0
0.4 * 2 = 0.8 -> 0
0.8 * 2 = 1.6 -> 1
0.6 * 2 = 1.2 -> 1
0.2 * 2 = 0.4 -> 0（发生循环）
...
详细的浮点数的如何转换我们可以去查看计算机基础的浮点数的相关章节的描述
BigDecimal 介绍
BigDecimal 可以实现对浮点数的运算，不会造成精度丢失。
通常情况下，大部分需要浮点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。
示例：
package test;import java.lang.reflect.Field;
import java.math.BigDecimal;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.Objects;public class Test {public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {float a = 2.0f - 1.9f;float b = 1.8f - 1.7f;System.out.println(a);System.out.println(b);System.out.println(a == b);Float aFloat = Float.valueOf(a);Float bFloat = Float.valueOf(b);System.out.println(aFloat.equals(bFloat));}
}
输出结果为：
0.100000024
0.099999905
false
false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 来定义浮点数的值，然后再进行浮点数的运算操作即可。
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，禁止使用构造方法BigDecimal(double)的方式将double对象转为BigDecimal对象
示例：
BigDecimal a = new BigDecimal(0.1f);其实实际存储的值为：0.1000000000149
正确示例：
BigDecimal a = new BigDecimal("0.1");
BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(0.1);使用上述的两种方式创建时，会调用Double的toString方法进行截取：
源码如下：
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.return new BigDecimal(Double.toString(val));}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));System.out.println(a.subtract(b));System.out.println(a.multiply(b));System.out.println(a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP));System.out.println(a.divide(b));上述代码的执行结果为：
1.9
0.1
0.90
1.11
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.at java.base/java.math.BigDecimal.divide(BigDecimal.java:1767)at test.Test.main(Test.java:18)这里需要注意的是，在我们使用 divide 方法的时候尽量使用 3 个参数版本，并且RoundingMode 不要选择 UNNECESSARY，否则很可能会遇到 ArithmeticException（无法除尽出现无限循环小数的时候），其中 scale 表示要保留几位小数，roundingMode 代表保留规则。
源码如下：
public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, RoundingMode roundingMode) {return this.divide(divisor, scale, roundingMode.oldMode);
}保留规则非常多，这里列举几种:
public enum RoundingMode {// 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2// -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3UP(BigDecimal.ROUND_UP),// 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1// -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2DOWN(BigDecimal.ROUND_DOWN),// 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2// -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2CEILING(BigDecimal.ROUND_CEILING),// 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1// -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3FLOOR(BigDecimal.ROUND_FLOOR),// 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2// -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3HALF_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);// 1.255BigDecimal 等值比较问题
在等值比较时，我们在上述的描述中由涉及到这一点，在BigDecimal比较值到的时候，我们应该使用compareTo方法而不是equals方法，1.0.equals(1.00)时会出现false，在compareTo方法的时候会忽略精度。
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。
BigDecimal中的equals源码如下：
@Overridepublic boolean equals(Object x) {if (!(x instanceof BigDecimal xDec))return false;if (x == this)return true;if (scale != xDec.scale)return false;long s = this.intCompact;long xs = xDec.intCompact;if (s != INFLATED) {if (xs == INFLATED)xs = compactValFor(xDec.intVal);return xs == s;} else if (xs != INFLATED)return xs == compactValFor(this.intVal);return this.inflated().equals(xDec.inflated());}我们使用debug进入这里的时候，就可以发现1的scale为0,10的scale为1，所以这里离还回存在精度比较。
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));//0BigDecimal 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。
我对其进行也加了一些简单的功能：
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() {}/*** 提供精确的加法运算。** @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();}/*** 提供精确的减法运算。** @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();}/*** 提供精确的乘法运算。** @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，以后的数字四舍五入。** @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，以后的数字四舍五入。** @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_UP).doubleValue();}/*** 提供精确的小数位四舍五入处理。** @param v 需要四舍五入的数字* @param scale 小数点后保留几位* @return 四舍五入后的结果*/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_UP).doubleValue();}/*** 提供精确的类型转换(Float)** @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 = new BigDecimal(v);return b.floatValue();}/*** 提供精确的类型转换(Int)不进行四舍五入** @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 = new BigDecimal(v);return b.intValue();}/*** 提供精确的类型转换(Long)** @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 = new BigDecimal(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 = new BigDecimal(v1);BigDecimal b2 = new BigDecimal(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 = new BigDecimal(v1);BigDecimal b2 = new BigDecimal(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
浮点数没有办法用二进制精确表示，因此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。