BigDecimal 类

如果要进行高精度浮点值的计算，可以用 java.math 包中的 BigDecimal 类。

什么时候我们需要用到高精度的浮点数运算呢？当处理金额的时候，绝对不能有精度损失；而之前我们说过，double 和 float 是不精确的（参考我写的 Java 中的浮点数 (opens new window)）

为了解决浮点数的精度问题，一些编程语言引入了十进制的小数 Decimal。Decimal 在不同社区中都十分常见，如果编程语言没有原生支持 Decimal，我们在开源社区也一定能够找到使用特定语言实现的 Decimal 库。例如 Java 通过 BigDecimal 提供了无限精度的小数。

BigDecimal 类可以用于表示任意精度的数。特点如下：

• 可以用 new BigDecimal(String)来创建对象，或者 new BigDecimal(double)，构造方法有很多。
• 可以用 add、substr、multiple、divide和 remainder(取余)方法来完成算数运算
• 是不可变的。任何针对 BigDecimal 对象的修改都会产生一个新对象（类似 String）
• 如果除法运算过程不能终止（例如除不尽），会抛出 ArithmeticException 异常；但可以使用重载的方法来指定尺度（保留几位小数）和舍入方式（向上取整、向下取整还是四舍五入）来避免异常：divide(BigDecimal d, int scale, int roundingMode)

常用方法

BigDecimal 有很多的构造方法，例如：

• 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

常用的方法如下：

• add(BigDecimal) BigDecimal 对象中的值相加，然后返回这个对象。
• subtract(BigDecimal) BigDecimal 对象中的值相减，然后返回这个对象。
• multiply(BigDecimal) BigDecimal 对象中的值相乘，然后返回这个对象。
• divide(BigDecimal) BigDecimal 对象中的值相除，然后返回这个对象。
• toString() 将 BigDecimal 对象的数值转换成字符串。
• doubleValue() 将 BigDecimal 对象中的值以双精度数返回。
• floatValue() 将 BigDecimal 对象中的值以单精度数返回。
• longValue() 将 BigDecimal 对象中的值以长整数返回。
• intValue() 将 BigDecimal 对象中的值以整数返回。

演示 ArithmeticException 异常

import java.math.BigDecimal;

public class BigDecimalDemo1 {
  public static void main(String[] args) {
    BigDecimal a = new BigDecimal(1.0);
    BigDecimal b = new BigDecimal(3);
    a.divide(b);
  }
}

> javac BigDecimalDemo1.java
> java BigDecimalDemo1  
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.  
	at java.math.BigDecimal.divide(BigDecimal.java:1693)
        at BigDecimalDemo1.main(BigDecimalDemo1.java:7)

演示重载的 divide

import java.math.BigDecimal;

public class BigDecimalDemo2 {
  public static void main(String[] args) {
    BigDecimal a = new BigDecimal(1.0);
    BigDecimal b = new BigDecimal(3);
    System.out.println( a.divide(b, 20, BigDecimal.ROUND_UP));


    BigDecimal d = new BigDecimal("-1");
    BigDecimal e = new BigDecimal("3");
    System.out.println(d.divide(e, 20, BigDecimal.ROUND_UP));
  }
}

编译和运行：

> javac BigDecimalDemo2.java  
> java BigDecimalDemo2  
0.33333333333333333334
-0.33333333333333333334

这里舍入方式用了 BigDecimal 的 ROUND_UP，表明向上取整。BigDecimal 还有以下取整方式（都是 BigDecimal 的成员 static 变量，本质都是 int 值，只不过 BigDecimal 定义了个别名，方便）

• ROUND_UP 远离零的舍入模式。 始终对非零舍弃部分前面的数字加 1。例如：2.36 -> 2.4 （2.4 比 2.36 更加远离 0）。可以理解为删除多余的小数位，并在最后一个数字上 +1.

• ROUND_DOWN 接近零的舍入模式。例如：2.36 -> 2.3 （2.3 比 2.36 更靠近 0）。

• ROUND_CEILING 接近正无穷大的舍入模式。

  如果 BigDecimal 为正，则舍入行为与 ROUND_UP 相同;

  如果为负，则舍入行为与 ROUND_DOWN 相同。

  相当于是 ROUND_UP 和 ROUND_DOWN 的合集

• ROUND_FLOOR 接近负无穷大的舍入模式。与 ROUND_CEILING 正好相反

• ROUND_HALF_UP 就是四舍五入，例如：2.35 -> 2.4

• ROUND_HALF_DOWN 就是五舍六入，例如：2.35 -> 2.3

• ROUND_HALF_EVEN 如果舍弃部分左边的数字为奇数，则舍入行为与 ROUND_HALF_UP 相同（四舍五入）;如果为偶数，则舍入行为与 ROUND_HALF_DOWN 相同（五舍六入）。例如：1.15 -> 1.1，1.25 -> 1.2

  在重复进行一系列计算时，此舍入模式可以在统计上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。

• ROUND_UNNECESSARY 这个模式名副其实,确实是"unnecessary",其实就和没设置精度一样, 如果相除的结果不是精确值 则抛出一个 ArithmeticException 异常.

更多详见官方文档 BigDecimal (Java Platform SE 8 ) (opens new window)

小结：常用的就是 ROUND_HALF_UP、ROUND_UP 和 ROUND_DOWN，其它的看看就行

import java.math.BigDecimal;

public class BigDecimalDemo2 {
  public static void main(String[] args) {
    BigDecimal a = new BigDecimal(1.0);
    BigDecimal b = new BigDecimal(3);
    System.out.println("ROUND_UP:      " +  a.divide(b, 20, BigDecimal.ROUND_UP));  //0.33333333333333333334
    System.out.println("ROUND_DOWN:    " +  a.divide(b, 20, BigDecimal.ROUND_DOWN));  //0.33333333333333333333
    System.out.println("ROUND_CEILING: " +  a.divide(b, 20, BigDecimal.ROUND_CEILING));  //0.33333333333333333334
    System.out.println("ROUND_FLOOR:   " +  a.divide(b, 20, BigDecimal.ROUND_FLOOR));  //0.33333333333333333333
    System.out.println("ROUND_HALF_UP: " +  a.divide(b, 20, BigDecimal.ROUND_HALF_UP));  //0.33333333333333333333


    BigDecimal d = new BigDecimal("-1");
    BigDecimal e = new BigDecimal("3");
    System.out.println("ROUND_UP:      " +  d.divide(e, 20, BigDecimal.ROUND_UP)); //-0.33333333333333333334
    System.out.println("ROUND_DOWN:    " +  d.divide(e, 20, BigDecimal.ROUND_DOWN)); //-0.33333333333333333333
    System.out.println("ROUND_CEILING: " +  d.divide(e, 20, BigDecimal.ROUND_CEILING)); //-0.33333333333333333333
    System.out.println("ROUND_FLOOR:   " +  d.divide(e, 20, BigDecimal.ROUND_FLOOR)); //-0.33333333333333333334
    System.out.println("ROUND_HALF_UP: " +  d.divide(e, 20, BigDecimal.ROUND_HALF_UP)); //-0.33333333333333333334

    BigDecimal f = new BigDecimal("0.7");
    BigDecimal g = new BigDecimal("2");
    System.out.println("ROUND_HALF_UP:   " +  f.divide(g, 1, BigDecimal.ROUND_HALF_UP)); //0.4
    System.out.println("ROUND_HALF_DOWN: " +  f.divide(g, 1, BigDecimal.ROUND_HALF_DOWN)); //0.3
  }
}

BigDecimal 的缺点

像 BigInteger 和 BigDecimal 这种大数类的运算效率肯定是不如原生类型效率高，代价还是比较昂贵的，是否选用需要根据实际场景来评估。我们来尝试比较一下：

import java.math.BigDecimal;

public class BigDecimalDemo4 {

  public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    double d = 1.0;
    for(int i = 0; i < 100000; i++){
      d++;
    }
    long endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("double程序运行时间：" + (endTime - startTime) + "ms");

    startTime = System.currentTimeMillis();
    BigDecimal b = new BigDecimal("1.0");
    for(int i = 0; i < 100000; i++){
      b.add(b);
    }
    endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("BigDecimal程序运行时间：" + (endTime - startTime) + "ms");

  }
}

编译和运行：

javac BigDecimalDemo4.java -encoding utf8   
java BigDecimalDemo4                      
double程序运行时间：1ms
BigDecimal程序运行时间：6ms

可以看到，10 万次的情况下，BigDecimal 的时间是 double 类型的 6 倍。

注意：以上结果是在我本地电脑下运行的（Win10，i9），不同电脑的运行结果不一样。

什么时候不精确的值也可以呢？例如用户平均价格，店铺评分，用户经纬度等本身就没有精准值一说的推荐使用 double 或 float，写代码更方便，计算效率也高得多；

小结

BigDecimal 的原理和坑还是挺难理解的，希望大家理解原理后，反复阅读知识点并动手实践。