Java中的金钱陷阱
前言
有多少小伙伴是被标题 骗 吸引进来的呢，我可不是标题党，今天的文章呢确实跟”金钱“有关系。
但是我们说的不是过度追求金钱而掉入陷阱，而是要说一说在Java程序中，各种跟金钱运算有关的陷阱。
日常工作中我们经常会涉及到各种金额这样浮点数的运算。
一旦涉及到金额的运算就必须慎之又慎，一旦有精度丢失，或者其他运算错误就可能造成无可挽回的损失。
一 、 存在的陷阱
这一小节我们先将陷阱列出来，下一小节分别给出解决方案。
我们先来看看到底有哪些坑等着我们去踩
1.1 浮点运算精度丢失陷阱
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
float a = 1.0f - 0.9f;
float b = 0.9f - 0.8f;
System.out.println("a= "+a);
System.out.println("b= "+b);
}
}
//输出结果
a= 0.100000024
b= 0.099999964
1.2 浮点数等值判断陷阱
① 基本类型与包装类型判断浮点数是否相等
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
float a = 1.0F - 0.9F;
float b = 0.9F - 0.8F;
System.out.println("通过==判断a与b是否相等："+ (a == b));
Float x = Float.valueOf(a);
Float y = Float.valueOf(b);
System.out.println("通过equals方法判断x与y是否相等："+ x.equals(y));
}
}
//输出结果
通过==判断a与b是否相等false
通过equals方法判断x y是否相等false
②BigDecimal类通过equals 方法判断是否相等
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal("2");
BigDecimal b = new BigDecimal("2.0");
System.out.println(a.equals(b));
}
}
//输出结果
false
1.3 BigDecimal 构造方法中的陷阱
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal(0.1f);
System.out.println("a= "+ a);
}
}
//输出结果
a= 0.100000001490116119384765625
1.4 BigDecimal 除法陷阱
如果两数相除无法除尽，抛出 ArithmeticException 异常
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal("0.2");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.3");
System.out.println(a.divide(b));
}
}
//输出结果
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 com.xiezhr.BigDecimalDemo.main(BigDecimalDemo.java:17)
二、避免陷阱
2.1 浮点数运算避坑
① 我们先来看看为什么浮点数(也就是float 和double 关键字定义的数) 运算的时候精度会丢失？
我们直到计算机是以二进制的方式进行数据存储的，在表示一个数字时，宽度时有限的。
十进制的 0.1 转为二进制，得到一个无限循环小数：0.00011… （看不懂的自觉点回去翻一翻大一的《计算机基础》课本）
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。
这就是为什么浮点数没有办法用二进制精确表示。
②我们怎么来填1.1 中的坑呢？
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
BigDecimal c = new BigDecimal("0.9");
BigDecimal d = new BigDecimal("0.8");
System.out.println("a-b = "+a.subtract(b));
System.out.println("c-d = "+c.subtract(d));
}
}
//输出结果
a-b = 0.1
c-d = 0.1
2.2 浮点数等值判断避坑
日常开发中肯定时免不了比较两个浮点数大小的，这里呢就把1.2中的坑给填上
① 指定一个误差范围，若两个浮点数的差值在误差范围内，则认为两个浮点数时相等的
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
float a = 1.0F - 0.9F;
float b = 0.9F - 0.8F;
//表示10的-6次方
float diff = 1e-6f;
if (Math.abs(a - b )< diff) {
System.out.println("a与b相等");
}
}
}
//输出结果
a与b相等
② 使用BigDecimal定义值，再进行运算操作,最后使用compareTo 方法比较
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
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);
if(x.compareTo(y)==0){
System.out.println("x与y相等");
}
}
}
//输出结果
x与y相等
2.3 BigDecimal 构造方法避坑
陷阱的产生：
double的构造方法的结果有一定的不可预知性,newBigDecimal(1.0)所创建的实际上等于0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625。因为0.1无法准确地表示为 double，传入到构造方法的值不会正好等于 0.1
String构造方法是完全可预知的
写入 newBigDecimal("0.1") 将创建一个 BigDecimal，它正好等于预期的 0.1
这里来填1.3中的坑，这里有两种方案
《阿里巴巴Java开发手册》1.4 OOP 规约中提到
⓫ 【强制】 禁止使用构造方法BigDecimal(double)的方式把double值 转换为BigDecimal 对象
说明：
BigDecimal(double)存在精度损失风险，在精确计算或值比较的场景中，可能会导致业务逻辑出现异常。如：
BigDecimal g = new BigDecimal(0.1f); 实际存储值为：0.100000001490116119384765625
正例： 优先推荐入参为String 的构造方法，或使用BigDecimal 的 valueOf 方法。
此方法内部其实执行了Double 的toString, 而Double 的 toString 按double 的实际能表达的精度对尾数进行了截断。
BigDecimal good1 = new BigDecimal("0.1");
BigDecimal good2 = BigDecimal.valueOf(0.1);
①将BigDecimal(double) ==》BigDecimal(String)
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal(Double.toString(0.1));
System.out.println("a=" + a);
}
}
//输出结果
a=0.1
②使用BigDecimal类的valueOf 方法
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = BigDecimal.valueOf(0.1);
System.out.println("a=" + a);
}
}
//输出结果
a=0.1
2.4 BigDecimal 除法避坑
我们使用带有3个参数的divide 方法来填1.4中的坑
BigDecimal.divide(BigDecimal divisor, int scale, RoundingMode roundingMode) 方法的具体使用我们再下一小节中再详细说
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal("0.2");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.3");
//这里就简单的看作四舍五入就行了
System.out.println("a除以b等于："+ a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP));
}
}
//输出结果
a除以b等于：0.67
三、BigDecimal 常用方法
- 常用构造方法
- 常用方法
3.1 加法运算 add
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal(Double.toString(0.1));
BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(0.2);
System.out.println("a + b ="+a.add(b));
}
}
//输出结果
a + b =0.3
3.2 减法运算 subtract
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal(Double.toString(3.5));
BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(2.1);
System.out.println("a - b ="+a.subtract(b));
}
}
//输出结果
a - b =1.4
3.3 乘法运算 multiply
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal(Double.toString(2.5));
BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(3.26);
System.out.println("a * b ="+a.multiply(b));
}
}
//输出结果
a * b =8.150
3.4 除法运算 divide
BigDecimal除法可能出现不能整除的情况,比如 1.2/1.3，这时会报错
java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.这个之前也说过，这里呢再详细说说
divide方法
BigDecimal divide(BigDecimal divisor, int scale, int roundingMode)
divisor: 表示除数scale: 表示小数点后保留位数roundingMode: 表示舍入模式。roundingMode是一个枚举类,有八种舍入模式我们以0.333 和-0.333保留2位小数为例，采用不同模式后得结果为
--模式 --模式说明 图形说明 UP远离0的舍入模式【0.333-->0.34 -0.333 -->-0.34】 
DOWN接近0的舍入模式【0.333-->0.33 -0.333 -->-0.33】 
CEILINGCEILING英文是天花板的意思，可以理解为向”大“舍入【0.333-->0.34 -0.333 -->-0.33】 
FLOORFLOOR有地板的意思，可以理解为向”小“舍入【0.333-->0.33 -0.333 -->-0.34】 
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其实就是四舍五入【>=0.5 入，<0.5的舍去】 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，其实就是五舍六入 【>0.5 的入，<=0.5 的舍去】 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【0.135-->0.14 0.125-->0.12】 UNNECESSARY断言请求的操作具有精确的结果，因此不需要舍入
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal numA = new BigDecimal("1");
BigDecimal numB = new BigDecimal("-1");
BigDecimal numC = new BigDecimal("3");
// 保留两位小数，舍入模式为UP
System.out.println("1/3保留两位小数（UP） = " + numA.divide(numC, 2, RoundingMode.UP));
System.out.println("-1/3保留两位小数（UP） = " + numB.divide(numC, 2, RoundingMode.UP));
// 保留两位小数，舍入模式为DOWN
System.out.println("1/3保留两位小数（DOWN） = " + numA.divide(numC, 2, RoundingMode.DOWN));
System.out.println("-1/3保留两位小数（DOWN） = " + numB.divide(numC, 2, RoundingMode.DOWN));
// 保留两位小数，舍入模式为CEILING
System.out.println("1/3保留两位小数（CEILING） = " + numA.divide(numC, 2, RoundingMode.CEILING));
System.out.println("-1/3保留两位小数（CEILING） = " + numB.divide(numC, 2, RoundingMode.CEILING));
// 保留两位小数，舍入模式为FLOOR
System.out.println("1/3保留两位小数（FLOOR） = " + numA.divide(numC, 2, RoundingMode.FLOOR));
System.out.println("-1/3保留两位小数（FLOOR） = " + numB.divide(numC, 2, RoundingMode.FLOOR));
BigDecimal numD = new BigDecimal("1");
BigDecimal numE = new BigDecimal("-1");
BigDecimal numF = new BigDecimal("8");
// 保留两位小数，舍入模式为HALF_UP
System.out.println("1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_UP） = " + numD.divide(numF, 2, RoundingMode.HALF_UP));
System.out.println("-1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_UP） = " + numE.divide(numF, 2, RoundingMode.HALF_UP));
// 保留两位小数，舍入模式为HALF_DOWN
System.out.println("1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_DOWN） = " + numD.divide(numF, 2, RoundingMode.HALF_DOWN));
System.out.println("-1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_DOWN） = " + numE.divide(numF, 2, RoundingMode.HALF_DOWN));
// 保留两位小数，舍入模式为HALF_EVEN
System.out.println("0.54/4(=0.135)保留两位小数（HALF_EVEN） = " + new BigDecimal("0.54").divide(new BigDecimal("4"), 2, RoundingMode.HALF_EVEN));
System.out.println("1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_EVEN） = " + numE.divide(numF, 2, RoundingMode.HALF_EVEN));
//UNNECESSARY,会报异常
System.out.println("1/8(=0.125) = " + numE.divide(numF, RoundingMode.UNNECESSARY));
}
}
//输出结果
1/3保留两位小数（UP） = 0.34
-1/3保留两位小数（UP） = -0.34
1/3保留两位小数（DOWN） = 0.33
-1/3保留两位小数（DOWN） = -0.33
1/3保留两位小数（CEILING） = 0.34
-1/3保留两位小数（CEILING） = -0.33
1/3保留两位小数（FLOOR） = 0.33
-1/3保留两位小数（FLOOR） = -0.34
1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_UP） = 0.13
-1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_UP） = -0.13
1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_DOWN） = 0.12
-1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_DOWN） = -0.12
0.54/4(=0.135)保留两位小数（HALF_EVEN） = 0.14
1/8(=0.125)保留两位小数（HALF_EVEN） = -0.12
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: Rounding necessary
3.5 值转换
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal(Double.toString(2.3));
BigDecimal b = new BigDecimal(10200000);
System.out.println("BigDecimal转字符串："+a.toString());
System.out.println("BigDecimal转double："+a.doubleValue());
System.out.println("BigDecimal转float："+a.floatValue());
System.out.println("BigDecimal转长整型："+b.longValue());
System.out.println("BigDecimal转int："+b.intValue());
}
}
//输出结果
BigDecimal转字符串：2.3
BigDecimal转double：2.3
BigDecimal转float：2.3
BigDecimal转长整型：10200000
BigDecimal转int：10200000
3.6 绝对值 abs
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal(Double.toString(2.35));
BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(-2.35);
System.out.println("a的绝对值是：" + a.abs());
System.out.println("b的绝对值是：" + b.abs());
}
}
//输出结果
a的绝对值是：2.35
b的绝对值是：2.35
3.7 等值比较
《阿里巴巴Java开发手册》第一章 1.4 OOP规约 中提到
❾【强制】 浮点数之间的等值判断，基本数据类型不能用==进行比较，包装数据类型不能用equals方法判断。
说明： 浮点数采用“尾数+阶码”的编码方式，类似于科学计数法的“有效数字+指数“ 的表示方式。
二级制无法精确表示大部分十进制小数，具体原理参考《码出高效，Java开发手册》
反例：
float a = 1.0f - 0.9f;
float b = 0.9f - 0.8 f;
if(a==b){
//预期进入此代码块，执行其他业务逻辑
//但事实上a==b 的结果为false
}
Float x = Float.valueOf(a);
Float y = Float.valueOf(b);
if(x.equals(y)){
// 预期进入此代码块，执行其他业务逻辑
//但事实上x.equals(y)的结果为false
}
正例：
1）指定一个误差范围，若两个浮点数的差值在此范围之内，则认为是相等的。
float a = 1.0f - 0.9f;
float b = 0.9f - 0.8f;
//10的-6次方
float diff = 1e-6f;
if(Math.abs(a-b)<diff){
System.out.println("true");
}
2)使用BigDecimal定义值，再进行浮点数的运算操作。
BigDecimal a = BigDecimal("0.1");
BigDecimal b = BigDecimal("0.9");
BigDecimal c = BigDecimal("0.8");
BigDecimal x = a.subtract(b);
BigDecimal y = b.subtract(c);
/**
*BigDecimal的等值比较应使用compareTo()方法，而不是equals() 方法。
*说明：equals()方法会比较值和精度（1.0 与1.00 返回结果为false）,
*而compareTo()则会忽略精度。
**/
if (x.compareTo(y)==0){
System.out.println("true");
}
等值比较用compareTo(BigDecimal val) 方法
a.compareTo(b)
- -1：表示a小于b
- 0：表示a等于b
- 1：表示a大于b
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal("0.5");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.8");
BigDecimal c = new BigDecimal("0.3");
BigDecimal d = new BigDecimal("0.5");
System.out.println("a与b比较结果:"+a.compareTo(b));
System.out.println("a与c比较结果:"+a.compareTo(c));
System.out.println("a与d比较结果:"+a.compareTo(d));
}
}
//输出结果
a与b比较结果:-1
a与c比较结果:1
a与d比较结果:0
四、BigDecimal格式化
NumberFormat类的format()方法可以使用BigDecimal对象作为参数，可以对超出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
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
NumberFormat money = NumberFormat.getCurrencyInstance(); //建立货币格式化引用
NumberFormat percent = NumberFormat.getPercentInstance(); //建立百分比格式化引用
percent.setMaximumFractionDigits(3); //百分比小数点最多3位
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:" + money.format(loanAmount));
System.out.println("利率:" + percent.format(interestRate));
System.out.println("利息:" + money.format(interest));
}
}
//输出结果
贷款金额:￥15,000.48
利率:0.8%
利息:￥120.00
五、BigDecimal 工具类
为了更加方便的使用
BigDecimal我们可以将其常用方法封装成工具类
package com.xiezhr.util;
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);
}
}
六、避坑小结
- 商业计算使用
BigDecimal - 尽量使用参数类型为
String的构造函数 BigDecimal都是不可变的，在进行每一步运算时，都会产生一个新的对象，所以在做加减乘除运算时千万要保存操作后的值
通过本期内容，你还会掉金钱陷阱里么？
本期内容到此就结束了，我们下期再见。(●'◡'●)
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