java中BigDecimal在金融行业中的使用

Posted 2020-10-11 砥砺前行

1.引言

　　在java语言中，double和float用于二进制浮点型计算，无法得到精确的结果。而BigDecimal则用于精确的计算。不超过16位有效数字（最好是不超过13位）的科学和工程计算，可以使用double和float，但要求精确计或者超过了16位有效数字（超过13位也建议如此）的商业运算则需要使用BigDecimal进行运行，比如金融行业。

　　《Effactive Java》第2版第48条中提到，“float和double类型尤其不适合用于货币计算，因为要让一个float或者double精确地标识0.1（或者10的任何其他负数次方值）是不可能的。” 如果不进行运算，使用String表示金额都比double和float强，当然最好的是BigDecimal。金融行业http通信接口可以使用String来表示金额，如果内部接口调用，建议使用BigDecimal。

2.BigDecimal简介

　　BigDecimal 由任意精度的整数非标度值 和32 位的整数标度 (scale) 组成。如果为零或正数，则标度是小数点后的位数。如果为负数，则将该数的非标度值乘以 10 的负scale 次幂。因此，BigDecimal表示的数值是(unscaledValue × 10^-scale)。

3. BigDecimal的构造方法

　　分四类，一类是通过另一个BigDecimal对象构造，一类是使用double/long/int/BigInteger类型的数值构造，一类是通过String字符串构造，最后一类是使用静态方法valueOf()构造，静态方法要求参数是double/long/int/BigInteger等。

　　JDK API文档中，对于public BigDecimal(double val) 解释如下：

将 double 转换为 BigDecimal，后者是 double 的二进制浮点值准确的十进制表示形式。返回的 BigDecimal 的标度是使 (10^scale × val) 为整数的最小值。

注：

1. 此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 new BigDecimal(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. 另一方面，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，请注意，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。

对于public static BigDecimal valueOf(long val)的解释如下：

将 long 值转换为具有零标度的 BigDecimal。提供的此“静态工厂方法”优先于 (long) 构造方法，因为前者允许重用经常使用的 BigDecimal 值。

故此，对于金融行业中的使用有以下结论：

1） 优先使用String参数的构造方法；

2）如果需要通过double构造BigDecimal，有限使用valueOf(double val)方法；这样得到的BigDecimal和String参数的构造方法标度一致（即标度可控）；

3）valueOf()的静态工厂方法优先于long、int等类型参数的构造方法，

4）如果想获取指定标度的初始化数值，比如2位小数的0，可以如下使用:

BigDecimal zero1 = new BigDecimal("0.00");

String的构造方法，会根据字符串的小数位来设定标度，其他的构造方法还需要额外调用setScale()来设定标度。

4. BigDecimal的标度、舍入方式

BigDecimal类的标度使用scale属性表示，就是小数位数，精度使用precision属性表示，就是有效位数（亦即整数位+小数位）.

舍入方式有多种，BigDecimal类本身有舍入方式的静态成员字段，但是已经废弃，建议使用RoundingMode枚举值。

RoundingMode枚举值如下：

枚举常量摘要
CEILING           向正无限大方向舍入的舍入模式。
DOWN           向零方向舍入的舍入模式。
FLOOR           向负无限大方向舍入的舍入模式。
HALF_DOWN           向最接近数字方向舍入的舍入模式，如果与两个相邻数字的距离相等，则向下舍入。
HALF_EVEN           向最接近数字方向舍入的舍入模式，如果与两个相邻数字的距离相等，则向相邻的偶数舍入。
HALF_UP           向最接近数字方向舍入的舍入模式，如果与两个相邻数字的距离相等，则向上舍入。
UNNECESSARY           用于断言请求的操作具有精确结果的舍入模式，因此不需要舍入。
UP           远离零方向舍入的舍入模式。

 

 其中HALF_UP就是最常用的四舍五入，其他根据英文名字很好理解。

5.BigDecimal的四则运算

如果只是对货币金额值的存取，使用String也可以，但如果金额要参与四则运算，则必须使用BigDecimal进行精确的运算。BigDecimal与double、float的运算相比，BigDecimal运算比double、float运算精确，但速度没有double、float的快。

BigDecimal的四则运算使用以下方法：

　　public BigDecimal add(BigDecimal value); //加法

 

　　public BigDecimal subtract(BigDecimal value); //减法

 

　　public BigDecimal multiply(BigDecimal value); //乘法

 

　　public BigDecimal divide(BigDecimal value); //除法

 

JDK API中对四则运算的标度解释如下：

 

对于所有算术运算符，运算的执行方式是，首先计算准确的中间结果，然后，使用选择的舍入模式将其舍入为精度设置（如有必要）指定的位数。如果不返回准确结果，则将丢弃准确结果的某些数位。当舍入增加了返回结果的大小时，前导数字“9”的进位传播可能会创建新的数位。例如，将值 999.9 舍入为三位数字，则在数值上等于一千，表示为 100×10¹。在这种情况下，新的 "1" 是返回结果的前导数位。

除了逻辑的准确结果外，每种算术运算都有一个表示结果的首选标度。下表列出了每个运算的首选标度。

算术运算结果的首选标度

运算	结果的首选标度
加	max(addend.scale(), augend.scale())
减	max(minuend.scale(), subtrahend.scale())
乘	multiplier.scale() + multiplicand.scale()
除	dividend.scale() - divisor.scale()

这些标度是返回准确算术结果的方法使用的标度；准确相除可能必须使用较大的标度除外，因为准确的结果可能有较多的位数。例如，1/32 得到 0.03125。

舍入之前，逻辑的准确中间结果的标度是该运算的首选标度。

由上面可以看出来，如果调用上述四个方法的话，计算结果的标度可能不受控制，BigDecimal还为每个运算提供了几个重载方法，可以控制运算结果的标度和舍入方式。

以divide为例进行解释：

JDK API对public BigDecimal divide(BigDecimal divisor) 的解释如下：

返回一个 BigDecimal，其值为 (this / divisor)，其首选标度为 (this.scale() - divisor.scale())；如果无法表示准确的商值（因为它有无穷的十进制扩展），则抛出 ArithmeticException。 

参数：

divisor - 此 BigDecimal 要相除的值。

返回：

this / divisor

抛出：

ArithmeticException - 如果准确的商值没有无穷的十进制扩展

从以下版本开始：

1.5 

可以看出，无法精确表示商值时就会抛异常，而除法很大可能无法精确表示商值。所以，必须指定标度和舍入方式。以下几个重载方法可以供调用者指定标度和舍入方式。
public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, int scale, RoundingMode roundingMode)

public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, RoundingMode roundingMode)

public BigDecimal divide(BigDecimal divisor, MathContext mc)
这些方法也可能抛出异常，但异常的情况是：divisor==0 或者 roundingMode==ROUND_UNNECESSARY 和 this.scale() 不足以准确地表示相除的结果。所以只要设置好标度和舍入方式，基本可以保证不会抛异常。
6. BigDecimal的不可变性
BigDecimal有一个类似String的特性，就是不可变性。调用setScale或者add等运算方法后，原对象的scale和数值都不会改变，所以需要将方法的返回值进行保存使用。
比如：a = a.setScale(2);  a = a.add(b).  其中a，b为BigDecimal对象。
7.总结
1）金融行业的金额一定要使用BigDecimal来表示；
2）BigDecimal最好使用String的构造方法创建，如果要使用double等数值作为参数，也要使用valueOf来创建对象。
3）BigDecimal进行四则运算时，最好指定其标度和舍入方式，否则可能抛异常。
4）BigDecimal是不可变的；四则运算后要使用对象保存结果；
5）多阅读相关API文档，写测试代码来验证其相关方法的调动，才能更好的掌握。

参考资料：
Java BigDecimal详解 （http://blog.csdn.net/jackiehff/article/details/8582449）
《Effactive Java》

使用BigDecimal进行精确运算（http://www.cnblogs.com/chenssy/archive/2012/09/09/2677279.html）