Android 数据处理 ------ BigDecimal
引言
在当今的Android开发中，尤其是在处理财务、货币和需要高精度小数计算的场景下，准确性和可靠性至关重要。这时，就需要借助于Java中的一个特殊类—— BigDecimal 。
BigDecimal概述
BigDecimal 是Java中用于处理高精度浮点数运算的类，属于不可变的数值类型。它提供了一系列的操作来执行精确的算术运算、舍入、比较等，这些操作对于使用基本数据类型进行浮点运算时产生的不精确结果无法比拟。 BigDecimal 通常用于财务和金融计算，因为它能够确保数据的完整性和准确性。
BigDecimal在Android开发中的重要性
由于Android应用可能涉及到各种货币和财务计算，使用 BigDecimal 类可以有效避免二进制浮点运算的固有舍入误差。例如，在计算涉及金钱的交易时，即使是微不足道的误差也可能导致重大的财务后果。因此，了解和正确使用 BigDecimal 对于Android开发者来说，是一个必不可少的技能。
使用BigDecimal避免浮点数误差
在编程实践中，尤其是在金融、科学计算等领域，对数据的精确度有着极高的要求。然而，由于计算机内部表示和运算的特殊性，使用基本数据类型（如float和double）进行计算时常常会产生精度上的误差。这时， BigDecimal 类就成为了必需，它能够提供精确的小数运算，避免了常见的浮点数精度问题。
浮点数精度问题解析
浮点数的精度问题是由于其表示和运算的机制导致的。在计算机中，浮点数通常遵循IEEE 754标准进行编码，这意味着它们只能近似地表示某些十进制小数。例如，十进制中的0.1转换为二进制是一个无限循环小数，因此在计算机中只能近似表示。
这种表示方法带来了一些常见的问题。例如，进行简单的加法运算时，两个非常接近的浮点数相加可能会产生一个不精确的结果。比如：
double a = 0.1;
double b = 0.2;
System.out.println(a + b); // 输出结果可能不是0.3，而是0.***这种现象就源于浮点数的近似表示和舍入误差。对于涉及大量小数运算的应用来说，这样的误差是不可接受的。
BigDecimal的精度优势
基本数据类型的精度限制
基本数据类型（float和double）都有固定的位数来存储数值和指数。由于这种表示方式的限制，它们无法表示非常大或非常小的数，也无法保证非常高的精度。例如，float类型只能提供约7位十进制精度，而double类型则约为15-16位。
浮点数与BigDecimal的比较
BigDecimal 对象则能够克服基本数据类型的这些限制。它使用一个整数 BigInteger 来表示其无标度的值，以及一个 int 来表示小数点后的位数。这使得 BigDecimal 可以精确地表示大数，并提供完全可控的数值精度。
下面是 BigDecimal 与 double 类型表示小数的对比示例：
double doubleValue = 1.03;
BigDecimal bigDecimalValue = new BigDecimal("1.03");
System.out.println("doubleValue 保留两位小数: " + String.format("%.2f", doubleValue));
System.out.println("bigDecimalValue 保留两位小数: " + bigDecimalValue.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP));尽管 BigDecimal 看起来更为复杂且使用成本更高，但在需要高精度计算的场合，使用 BigDecimal 可以避免由基本数据类型带来的计算误差，并确保数值的精确表达。
设置小数点保留位数和不同舍入模式的应用。
1.1 通过字符串构造BigDecimal
在所有构造函数中，使用字符串构造 BigDecimal 是最为安全的方法。字符串构造函数允许开发者控制数值的准确形式，避免了因解析数值时产生的类型转换错误。
BigDecimal bdFromString = new BigDecimal("100.00");
System.out.println(bdFromString);以上代码创建了一个 BigDecimal 对象，并且打印其值，确保小数点后的零不会丢失。字符串构造方法的使用保证了数值的精确性，因为数值在内部是以十进制形式存储的，而非二进制。
1.2 通过基本数据类型构造BigDecimal
除了字符串外， BigDecimal 还提供了通过整数和浮点数类型构造的方法。下面代码展示了如何使用整数和浮点数创建 BigDecimal 对象：
int intNumber = 100;
double doubleNumber = 100.00;
BigDecimal bdFromInt = new BigDecimal(intNumber);
BigDecimal bdFromDouble = new BigDecimal(doubleNumber);
System.out.println("bdFromInt: " + bdFromInt);
System.out.println("bdFromDouble: " + bdFromDouble);输出将会显示 bdFromDouble 的值丢失了小数点后的精度，因为它默认使用浮点数的精度进行转换，这强调了使用字符串构造函数的重要性。
2.1 setScale()方法的应用
setScale() 方法用于设置 BigDecimal 对象小数点后的位数，以及指定舍入模式。掌握此方法对确保数值的精确表示和运算至关重要。
2.2 设置小数点保留位数
在金融计算中，常常需要对货币值进行四舍五入到分。以下是如何使用 setScale() 进行小数点位数设置的示例：
BigDecimal bd = new BigDecimal("10.1234567");
// 设置保留两位小数
bd = bd.setScale(2);
System.out.println(bd);上述代码会输出 10.12 ，因为 setScale() 方法会根据指定的保留位数对数值进行四舍五入。
BigDecimal bd = new BigDecimal("10.2567");
// 四舍五入到两位小数
bd = bd.setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
System.out.println(bd); // 输出 10.26
// 向下取整到两位小数
bd = bd.setScale(2, BigDecimal.ROUND_DOWN);
System.out.println(bd); // 输出 10.25
// 向上取整到两位小数
bd = bd.setScale(2, BigDecimal.ROUND_UP);
System.out.println(bd); // 输出 10.26toPlainString()方法在Android中的应用
1.1 toPlainString()方法概述
toPlainString() 方法是 BigDecimal 类提供的一个非常实用的方法，它返回一个不包含科学计数法表示，也没有任何小数点前后的零的字符串表示形式。
在Android开发中，尤其是在需要精确控制数字显示格式的场景下， toPlainString() 提供了一种更为直观和简洁的输出方式。相较于 BigDecimal.toString() 方法， toPlainString() 不会输出数字的科学计数法形式，而是直接输出最原始的数字表示，这对于在用户界面中直接展示数字非常有用。
1.2 toPlainString()的使用场景
在Android应用中，常常需要处理一些涉及到金额、时间或者其他度量单位的数字，这些场景下的数字往往是大数且需要精确显示。例如，电商平台的价格显示、银行应用的账目明细以及股票市场的实时数据展示等。在这些场景下，使用 toPlainString() 方法可以直接将 BigDecimal 对象转换为适合显示的字符串，无需额外处理数字的格式化问题。
1.3 toPlainString()与toString()的对比
BigDecimal.toString() 方法在某些情况下会返回数字的科学计数法形式，例如当数字超出基本数据类型能够表示的范围时。而 toPlainString() 则始终返回数字的原始形式，这使得它在处理大数字时表现更为稳定。
BigDecimal bigDecimal1 = new BigDecimal("100000000000.12345");
System.out.println(bigDecimal1.toString()); // 输出 1.0000000000012345E+16
System.out.println(***lainString()); // 输出 100000000000.12345在上述代码中， toString() 方法以科学计数法的形式输出了数字，而 toPlainString() 方法则给出了数字的完整形式，这对于开发人员和最终用户都更加友好。
BigDecimal的内存优化策略
BigDecimal 的一个关键特性是其不可变性。这意味着一旦创建了一个 BigDecimal 实例，它所代表的值就不能改变。这个特性带来了线程安全的优势，但随之而来的是在大量使用时可能带来的性能开销，尤其是内存使用。
由于每次运算都可能产生一个新的 BigDecimal 实例，如果不恰当管理内存，就可能造成大量的临时对象，从而导致频繁的垃圾回收（GC），影响程序性能。
对象池化与实例重用
为了减轻 BigDecimal 实例化带来的性能负担，可以通过对象池化技术来重用实例。虽然Java标准库并没有直接提供 BigDecimal 的池化实现，但我们可以手动管理一个 BigDecimal 对象池，从而减少实例创建次数。
import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class BigDecimalPool {
private static Map<String, BigDecimal> pool = new HashMap<>();
public static BigDecimal valueOf(String value) {
return valueOf(new BigDecimal(value));
}
public static BigDecimal valueOf(BigDecimal value) {
String key = value.stripTrailingZeros().toPlainString();
if (!pool.containsKey(key)) {
pool.put(key, value);
}
return pool.get(key);
}
public static void main(String[] args) {
// 用BigDecimalPool来创建BigDecimal实例，避免重复创建
BigDecimal num1 = BigDecimalPool.valueOf("10.00");
BigDecimal num2 = BigDecimalPool.valueOf("20.00");
// 执行运算...
// 运算后，可以重新放入池中
pool.put(num1.stripTrailingZeros().toPlainString(), num1);
pool.put(num2.stripTrailingZeros().toPlainString(), num2);
}
}上例中，我们创建了一个简单的 BigDecimal 池，并通过 valueOf 方法来管理实例。注意，当使用此方法时，要注意线程安全问题。此外，由于 BigDecimal 本身是不可变的，使用完毕后可以将其放入池中，供后续重用。
采用对象池化和实例重用机制，可以在大量计算的场景下有效降低内存使用，减少频繁的垃圾回收，从而优化性能。这种优化对于需要进行高密度数学运算的应用尤其重要，例如高性能交易系统或大数据处理场景。
性能优化策略
为了避免性能问题，建议使用BigDecimal的不可变性和函数式编程来减少实例的创建次数，或者使用BigDecimal的缓存池：
import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class BigDecimalCollection {
private static final BigDecimal ONE_CENT = new BigDecimal("1.00");
public static void main(String[] args) {
List<BigDecimal> amounts = Arrays.asList(
new BigDecimal("123.456"),
new BigDecimal("67.890"),
new BigDecimal("99.999")
);
// 使用map操作，避免创建新的BigDecimal实例
List<BigDecimal> adjustedAmounts = amounts.stream()
.map(amount -> amount.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP))
.collect(Collectors.toList());
// 使用BigDecimal的缓存实例
BigDecimal oneCent = BigDecimal.valueOf(1, 2);
}
}
在这个例子中，我们使用了Stream API来进行批量处理，这减少了中间结果的实例化。此外，我们利用了 BigDecimal.valueOf() 方法，该方法能够返回一个共享的、不可变的BigDecimal实例，从而避免了对象创建。
结束。