Java之BigDecimal详解

原创已于 2024-07-20 09:11:00 修改 · 1k 阅读

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于 2023-12-14 12:25:57 首次发布

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一、BigDecimal概述

Java在java.math包中提供的API类BigDecimal，用来对超过16位有效位的数进行精确的运算。双精度浮点型变量double可以处理16位有效数，但在实际应用中，可能需要对更大或者更小的数进行运算和处理。一般情况下，对于那些不需要准确计算精度的数字，我们可以直接使用Float和Double处理，但是Double.valueOf(String) 和Float.valueOf(String)会丢失精度。所以开发中，如果我们需要精确计算的结果，则必须使用BigDecimal类来操作。

BigDecimal所创建的是对象，故我们不能使用传统的+、-、*、/等算术运算符直接对其对象进行数学运算，而必须调用其相对应的方法。方法中的参数也必须是BigDecimal的对象。构造器是类的特殊方法，专门用来创建对象，特别是带有参数的对象。

二、BigDecimal常用构造函数

2.1、常用构造函数

BigDecimal(int)

创建一个具有参数所指定整数值的对象
BigDecimal(double)

创建一个具有参数所指定双精度值的对象
BigDecimal(long)

创建一个具有参数所指定长整数值的对象
BigDecimal(String)

创建一个具有参数所指定以字符串表示的数值的对象

2.2、使用问题分析

使用示例：

BigDecimal a = new BigDecimal(0.1);        
System.out.println("a values is:"+a);        
System.out.println("=====================");        
BigDecimal b = new BigDecimal("0.1");        
System.out.println("b values is:"+b);

结果示例：

a values is:0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625
=====================
b values is:0.1

原因分析：

1）参数类型为double的构造方法的结果有一定的不可预知性。有人可能认为在Java中写入newBigDecimal(0.1)所创建的BigDecimal正好等于 0.1（非标度值 1，其标度为 1），但是它实际上等于0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625。这是因为0.1无法准确地表示为 double（或者说对于该情况，不能表示为任何有限长度的二进制小数）。这样，传入到构造方法的值不会正好等于 0.1（虽然表面上等于该值）。

2）String 构造方法是完全可预知的：写入 new BigDecimal(“0.1”) 将创建一个 BigDecimal，它正好等于预期的 0.1。因此，比较而言，通常建议优先使用String构造方法。

3）当double必须用作BigDecimal的源时，此构造方法提供了一个准确转换；它不提供与以下操作相同的结果：先使用Double.toString(double)方法，然后使用BigDecimal(String)构造方法，将double转换为String。要获取该结果，请使用static valueOf(double)方法。

三、BigDecimal常用方法详解

3.1、常用方法

add(BigDecimal)

BigDecimal对象中的值相加，返回BigDecimal对象
subtract(BigDecimal)

BigDecimal对象中的值相减，返回BigDecimal对象
multiply(BigDecimal)

BigDecimal对象中的值相乘，返回BigDecimal对象
divide(BigDecimal)

BigDecimal对象中的值相除，返回BigDecimal对象
toString()

将BigDecimal对象中的值转换成字符串
doubleValue()

将BigDecimal对象中的值转换成双精度数
floatValue()

将BigDecimal对象中的值转换成单精度数
longValue()

将BigDecimal对象中的值转换成长整数
intValue()

将BigDecimal对象中的值转换成整数

3.2、BigDecimal大小比较

java中对BigDecimal比较大小一般用的是bigdemical的compareTo方法

int a = bigdemical.compareTo(bigdemical2);

返回结果分析：

a = -1,表示bigdemical小于bigdemical2；a = 0,表示bigdemical等于bigdemical2；a = 1,表示bigdemical大于bigdemical2；

举例：a大于等于b

new BigDecimal(a).compareTo(new BigDecimal(b)) >= 0

四、BigDecimal格式化

4.1、 NumberFormat类格式化

由于NumberFormat类的format()方法可以使用BigDecimal对象作为其参数，可以利用BigDecimal对超出16位有效数字的货币值，百分值，以及一般数值进行格式化控制。

以利用BigDecimal对货币和百分比格式化为例。首先，创建BigDecimal对象，进行BigDecimal的算术运算后，分别建立对货币和百分比格式化的引用，最后利用BigDecimal对象作为format()方法的参数，输出其格式化的货币值和百分比。

//建立货币格式化引用 
NumberFormat currency = NumberFormat.getCurrencyInstance();   
//建立百分比格式化引用    
NumberFormat percent = NumberFormat.getPercentInstance(); 
//百分比小数点最多3位
percent.setMaximumFractionDigits(3);          
BigDecimal loanAmount = new BigDecimal("15000.48"); 
//贷款金额    
BigDecimal interestRate = new BigDecimal("0.008"); 
//利率       
BigDecimal interest = loanAmount.multiply(interestRate); 
//相乘     
System.out.println("贷款金额:\t" + currency.format(loanAmount));     
System.out.println("利率:\t" + percent.format(interestRate));     
System.out.println("利息:\t" + currency.format(interest));

结果：

贷款金额: ￥15,000.48 
利率: 0.8% 
利息: ￥120.00

BigDecimal格式化保留2位小数，不足则补0：

package com.yangtze.common.core.utils;

import java.math.BigDecimal;
import java.text.DecimalFormat;

/**
 * @author lyonardo
 * @createTime 2017年01月14日
 * @Description BigDecimal格式化
 */
public class NumberFormat {
    public static void main(String[] s){
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("3.435")));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal(0)));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("0.00")));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("0.001")));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("0.006")));
        System.out.println(formatToNumber(new BigDecimal("0.206")));
    }

    /**
     * @desc 1.0~1之间的BigDecimal小数，格式化后失去前面的0,则前面直接加上0。	 
     * 2.传入的参数等于0，则直接返回字符串"0.00"	 
     * 3.大于1的小数，直接格式化返回字符串	 
     * @param obj 传入的小数
     * @return
     */
    public static String formatToNumber(BigDecimal obj) {
        DecimalFormat df = new DecimalFormat("#.00");
        if(obj.compareTo(BigDecimal.ZERO)==0) {
            return "0.00";
        } else if(obj.compareTo(BigDecimal.ZERO)>0&&obj.compareTo(new BigDecimal(1))<0){
            return "0"+df.format(obj);
        }else {
            return df.format(obj);
        }
    }
}

结果为：

3.440.000.000.000.010.21

4.2、BigDecimal字符串输出

BigDecimal a = BigDecimal.valueOf(35634535255456719.22345634534124578902);
System.out.println(a.toString());
System.out.println(a.toPlainString());

结果为：

3.563453525545672E+16
35634535255456720

BigDecimal转换字符串的三个方法：

toPlainString()：不使用任何科学计数法；
toString()：在必要的时候使用科学计数法；
toEngineeringString() ：在必要的时候使用工程计数法。类似于科学计数法，只不过指数的幂都是3的倍数，这样方便工程上的应用，因为在很多单位转换的时候都是10^3；

三种方法展示结果示例如下：

基本结论：根据数据结果展示格式不同，采用不同的字符串输出方法，通常使用比较多的方法为toPlainString() 。

五、BigDecimal常见异常

5.1、除法的时候出现异常

java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result

原因分析：

通过BigDecimal的divide方法进行除法时当不整除，出现无限循环小数时，就会抛异常：java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.

解决方法：

divide方法设置精确的小数点，如：divide(xxxxx,2)

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
BigDecimal b = new BigDecimal("3.0");
BigDecimal c = a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP);
System.out.println(c);

基本结论：在使用BigDecimal进行（所有）运算时，一定要明确指定精度和舍入模式。

拓展一下，舍入模式定义在RoundingMode枚举类中，共有8种：

RoundingMode.UP：舍入远离零的舍入模式。在丢弃非零部分之前始终增加数字(始终对非零舍弃部分前面的数字加1)。注意，此舍入模式始终不会减少计算值的大小。
RoundingMode.DOWN：接近零的舍入模式。在丢弃某部分之前始终不增加数字(从不对舍弃部分前面的数字加1，即截短)。注意，此舍入模式始终不会增加计算值的大小。
RoundingMode.CEILING：接近正无穷大的舍入模式。如果 BigDecimal 为正，则舍入行为与 ROUNDUP 相同;如果为负，则舍入行为与 ROUNDDOWN 相同。注意，此舍入模式始终不会减少计算值。
RoundingMode.FLOOR：接近负无穷大的舍入模式。如果 BigDecimal 为正，则舍入行为与 ROUNDDOWN 相同;如果为负，则舍入行为与 ROUNDUP 相同。注意，此舍入模式始终不会增加计算值。
RoundingMode.HALF_UP：向“最接近的”数字舍入，如果与两个相邻数字的距离相等，则为向上舍入的舍入模式。如果舍弃部分 >= 0.5，则舍入行为与 ROUND_UP 相同;否则舍入行为与 ROUND_DOWN 相同。注意，这是我们在小学时学过的舍入模式(四舍五入)。
RoundingMode.HALF_DOWN：向“最接近的”数字舍入，如果与两个相邻数字的距离相等，则为上舍入的舍入模式。如果舍弃部分 > 0.5，则舍入行为与 ROUND_UP 相同;否则舍入行为与 ROUND_DOWN 相同(五舍六入)。
RoundingMode.HALF_EVEN：向“最接近的”数字舍入，如果与两个相邻数字的距离相等，则向相邻的偶数舍入。如果舍弃部分左边的数字为奇数，则舍入行为与 ROUNDHALFUP 相同;如果为偶数，则舍入行为与 ROUNDHALF_DOWN 相同。注意，在重复进行一系列计算时，此舍入模式可以将累加错误减到最小。此舍入模式也称为“银行家舍入法”，主要在美国使用。四舍六入，五分两种情况。如果前一位为奇数，则入位，否则舍去。以下例子为保留小数点1位，那么这种舍入方式下的结果。1.15 ==> 1.2 ,1.25 ==> 1.2
RoundingMode.UNNECESSARY：断言请求的操作具有精确的结果，因此不需要舍入。如果对获得精确结果的操作指定此舍入模式，则抛出ArithmeticException。

通常使用四舍五入即RoundingMode.HALF_UP。

六、BigDecimal总结

6.1、总结

在需要精确的小数计算时再使用BigDecimal，BigDecimal的性能比double和float差，在处理庞大，复杂的运算时尤为明显。故一般精度的计算没必要使用BigDecimal。
尽量使用参数类型为String的构造函数。
BigDecimal都是不可变的（immutable）的，在进行每一次四则运算时，都会产生一个新的对象，所以在做加减乘除运算时要记得要保存操作后的值。

6.2、工具类封装

package com.yangtze.common.core.utils;

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

/**
 * @author lyonardo
 * @createTime 2017年01月14日
 * @Description 用于高精确处理常用的数学运算
 */
public class BigDecimalUtil {
    private BigDecimalUtil() {
    }

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

    /**
     * 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();
    }

    /**
     * 提供精确的加法运算
     *
     * @param v1 被加数
     * @param v2 加数
     * @return 两个参数的和
     */
    public static double add(float v1, float v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.add(b2).doubleValue();
    }

    /**
     * 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 BigDecimal add(String v1, String v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.add(b2);
    }

    /**
     * 提供精确的加法运算
     *
     * @param v1    被加数
     * @param v2    加数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的和
     */
    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, RoundingMode.HALF_UP).toString();
    }

    /**
     * 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 sub(float v1, float v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.subtract(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 sub(double v1, double v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.subtract(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 BigDecimal sub(String v1, String v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.subtract(b2);
    }

    /**
     * 提供精确的减法运算
     *
     * @param v1    被减数
     * @param v2    减数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的差
     */
    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, RoundingMode.HALF_UP).toString();
    }

    /**
     * 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(float v1, float v2) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return b1.multiply(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 BigDecimal multiply(String v1, String v2) {
        BigDecimal b1 = new BigDecimal(v1);
        BigDecimal b2 = new BigDecimal(v2);
        return b1.multiply(b2);
    }

    /**
     * 提供精确的乘法运算
     *
     * @param v1    被乘数
     * @param v2    乘数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的积
     */
    public static double multiply(float v1, float v2, int scale) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return round(b1.multiply(b2).doubleValue(), scale);
    }

    /**
     * 提供精确的乘法运算
     *
     * @param v1    被乘数
     * @param v2    乘数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的积
     */
    public static double multiply(double v1, double v2, int scale) {
        BigDecimal b1 = BigDecimal.valueOf(v1);
        BigDecimal b2 = BigDecimal.valueOf(v2);
        return round(b1.multiply(b2).doubleValue(), scale);
    }

    /**
     * 提供精确的乘法运算
     *
     * @param v1    被乘数
     * @param v2    乘数
     * @param scale 保留scale 位小数
     * @return 两个参数的积
     */
    public static String multiply(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, RoundingMode.HALF_UP).toString();
    }

    /**
     * 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(float v1, float 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，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(float v1, float 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（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（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 表示需要精确到小数点以后几位
     * @return 两个参数的商
     */
    public static String divide(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, RoundingMode.HALF_UP).toString();
    }

    /**
     * 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(float v, int scale) {
        if (scale < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("The scale must be a positive integer or zero");
        }
        BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(v);
        return b.setScale(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);
        return b.setScale(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 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, RoundingMode.HALF_UP).toString();
    }

    /**
     * 取余数
     *
     * @param v1    被除数
     * @param v2    除数
     * @param scale 小数点后保留几位
     * @return 余数
     */
    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, RoundingMode.HALF_UP).toString();
    }

    /**
     * 取余数  BigDecimal
     *
     * @param v1    被除数
     * @param v2    除数
     * @param scale 小数点后保留几位
     * @return 余数
     */
    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, RoundingMode.HALF_UP);
    }

    /**
     * 比较大小
     *
     * @param v1 被比较数
     * @param v2 比较数
     * @return 如果v1 大于v2 则 返回true 否则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;
        res = bj > 0;
        return res;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        BigDecimal a = BigDecimal.valueOf(35634535255456719.22345634534124578902);
        System.out.println(a.toString());
        System.out.println(a.toPlainString());
    }
}