Java BigDecimal详解

1. 概述

BigDecimal 是 Java 提供的用于精确计算的数值类型，主要用于解决浮点数计算精度丢失的问题。在金融计算、科学计算等对精度要求较高的场景中，BigDecimal 是不可或缺的工具类。

2. 为什么需要 BigDecimal

在 Java 中，浮点数（float 和 double）的计算可能会产生意想不到的结果：

double a = 0.1;
double b = 0.2;
System.out.println(a + b); // 输出：0.30000000000000004

这是因为计算机使用二进制存储浮点数时会产生精度损失。而 BigDecimal 可以解决这个问题：

BigDecimal a = new BigDecimal("0.1");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.2");
System.out.println(a.add(b)); // 输出：0.3

3. BigDecimal 的创建

3.1 构造方法

// 推荐：使用字符串构造
BigDecimal bd1 = new BigDecimal("123.45");

// 不推荐：使用 double 构造可能造成精度问题
BigDecimal bd2 = new BigDecimal(123.45);

// 推荐：使用 valueOf 方法
BigDecimal bd3 = BigDecimal.valueOf(123.45);

3.2 常用静态常量

BigDecimal.ZERO;  // 0
BigDecimal.ONE;   // 1
BigDecimal.TEN;   // 10

4. 基本运算

4.1 加减乘除

BigDecimal a = new BigDecimal("10");
BigDecimal b = new BigDecimal("3");

// 加法
BigDecimal sum = a.add(b);        // 13

// 减法
BigDecimal diff = a.subtract(b);   // 7

// 乘法
BigDecimal product = a.multiply(b); // 30

// 除法（需要指定精度和舍入模式）
BigDecimal quotient = a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP); // 3.33

4.2 其他运算

// 绝对值
BigDecimal abs = new BigDecimal("-10").abs(); // 10

// 幂运算
BigDecimal pow = new BigDecimal("2").pow(3); // 8

// 最大值
BigDecimal max = a.max(b);

// 最小值
BigDecimal min = a.min(b);

5. 精度和舍入

5.1 精度控制

BigDecimal num = new BigDecimal("123.456789");

// 设置保留2位小数
BigDecimal result = num.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP); // 123.46

5.2 舍入模式

RoundingMode.UP：向远离零的方向舍入
RoundingMode.DOWN：向零方向舍入
RoundingMode.CEILING：向正无穷方向舍入
RoundingMode.FLOOR：向负无穷方向舍入
RoundingMode.HALF_UP：四舍五入
RoundingMode.HALF_DOWN：五舍六入
RoundingMode.HALF_EVEN：银行家舍入法

BigDecimal num = new BigDecimal("1.25");

System.out.println(num.setScale(1, RoundingMode.HALF_UP));   // 1.3
System.out.println(num.setScale(1, RoundingMode.HALF_DOWN)); // 1.2
System.out.println(num.setScale(1, RoundingMode.HALF_EVEN)); // 1.2

6. 比较和转换

6.1 比较

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
BigDecimal b = new BigDecimal("1.00");

// equals 比较值和精度
System.out.println(a.equals(b));        // false

// compareTo 只比较值
System.out.println(a.compareTo(b) == 0); // true

6.2 类型转换

BigDecimal bd = new BigDecimal("123.45");

// 转换为 double
double d = bd.doubleValue();

// 转换为 int（会丢失小数部分）
int i = bd.intValue();

// 转换为字符串
String str = bd.toString();

// 转换为工程计数法表示的字符串
String eng = bd.toEngineeringString();

// 转换为普通计数法表示的字符串
String plain = bd.toPlainString();

7. 性能优化

7.1 重用对象

// 不推荐：频繁创建对象
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    BigDecimal result = new BigDecimal("1.23").multiply(new BigDecimal("2.34"));
}

// 推荐：重用对象
BigDecimal a = new BigDecimal("1.23");
BigDecimal b = new BigDecimal("2.34");
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    BigDecimal result = a.multiply(b);
}

7.2 使用 valueOf

// 推荐：使用 valueOf，内部有缓存机制
BigDecimal bd1 = BigDecimal.valueOf(123.45);

// 不推荐：直接 new
BigDecimal bd2 = new BigDecimal(123.45);

8. 最佳实践

8.1 金额计算

public class MoneyCalculator {
    private static final int MONEY_SCALE = 2;
    
    public static BigDecimal add(BigDecimal a, BigDecimal b) {
        return a.add(b).setScale(MONEY_SCALE, RoundingMode.HALF_UP);
    }
    
    public static BigDecimal subtract(BigDecimal a, BigDecimal b) {
        return a.subtract(b).setScale(MONEY_SCALE, RoundingMode.HALF_UP);
    }
    
    public static BigDecimal multiply(BigDecimal a, BigDecimal b) {
        return a.multiply(b).setScale(MONEY_SCALE, RoundingMode.HALF_UP);
    }
    
    public static BigDecimal divide(BigDecimal a, BigDecimal b) {
        return a.divide(b, MONEY_SCALE, RoundingMode.HALF_UP);
    }
}

8.2 注意事项

优先使用字符串构造 BigDecimal
除法运算时必须指定精度和舍入模式
比较 BigDecimal 使用 compareTo 而不是 equals
货币计算时使用统一的精度和舍入模式
注意内存和性能开销，适当重用对象

9. 常见问题

9.1 除法异常

try {
    BigDecimal a = new BigDecimal("10");
    BigDecimal b = new BigDecimal("3");
    // 错误：未指定精度，可能抛出 ArithmeticException
    BigDecimal result = a.divide(b);
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("除法需要指定精度和舍入模式");
}

9.2 精度陷阱

BigDecimal a = new BigDecimal(0.1);    // 不推荐
BigDecimal b = new BigDecimal("0.1");  // 推荐

System.out.println(a); // 0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625
System.out.println(b); // 0.1