每日 Java 面试题分享【第 11 天】
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目录
- 问题一：什么是 Java 的 BigDecimal？
- 问题二：BigDecimal 为什么能保证精度不丢失？
- 问题三：使用 new String(字符串) 语句在 Java 中会创建多少个对象？
问题一：什么是 Java 的 BigDecimal？
BigDecimal 是 Java 提供的一个用于高精度计算的类，属于 java.math 包。它主要用于需要精确计算的场景，如金融、货币计算或科学运算，能够避免浮点数在计算中出现的精度问题。
1. BigDecimal 的特点
-
高精度计算：
-
BigDecimal可以实现任意精度的计算，而不像浮点数（float和double）因二进制表示可能出现精度丢失。 -
例如：
System.out.println(0.1 + 0.2); // 输出 0.30000000000000004但使用
BigDecimal可以避免这个问题。
-
-
不可变性：
BigDecimal是不可变的，每次对BigDecimal对象的操作都会返回一个新的对象。
-
多种舍入模式：
- 提供了多种舍入方式（如四舍五入、向上舍入、向下舍入），适合不同的业务需求。
-
数值大小不限：
- 可以表示任意大小的数字，只受内存限制。
2. BigDecimal 的常用构造方法
BigDecimal 提供了多种方式来创建实例，以下为常用方法：
(1) 使用字符串创建
BigDecimal bd = new BigDecimal("0.1");
-
推荐使用字符串，因为它能精确表示值。
-
避免使用
float或double构造器，会导致精度丢失：BigDecimal bd = new BigDecimal(0.1); // 不推荐，可能出现精度问题
(2) 使用静态方法 valueOf
BigDecimal bd = BigDecimal.valueOf(0.1);
- 推荐使用此方法，它会将浮点数转换为字符串，避免精度问题。
(3) 使用整数或长整型构造
BigDecimal bd = new BigDecimal(10); // 精确表示
3. 常用方法
(1) 基本运算
BigDecimal 提供了加、减、乘、除等运算方法，以下为常用方法示例：
BigDecimal a = new BigDecimal("10.5");
BigDecimal b = new BigDecimal("2.3");
// 加法
BigDecimal sum = a.add(b); // 10.5 + 2.3 = 12.8
// 减法
BigDecimal diff = a.subtract(b); // 10.5 - 2.3 = 8.2
// 乘法
BigDecimal product = a.multiply(b); // 10.5 * 2.3 = 24.15
// 除法
BigDecimal quotient = a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP); // 保留两位小数，结果为 4.57
(2) 舍入模式
当除法结果不能整除时，需要指定舍入模式（RoundingMode）：
- 常用舍入模式：
RoundingMode.HALF_UP：四舍五入。RoundingMode.HALF_DOWN：五舍六入。RoundingMode.UP：向上舍入。RoundingMode.DOWN：向下舍入。
例如：
BigDecimal result = a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP); // 结果保留两位小数
(3) 比较大小
BigDecimal 提供以下方法来比较值：
-
compareTo方法：返回整数，分别表示小于、等于、大于。BigDecimal a = new BigDecimal("10.0"); BigDecimal b = new BigDecimal("10.00"); System.out.println(a.compareTo(b)); // 输出 0，值相等 -
equals方法：判断精度和值是否完全相同。System.out.println(a.equals(b)); // 输出 false，精度不同
(4) 其他常用方法
-
setScale：设置小数位数并指定舍入模式。BigDecimal scaled = a.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP); // 保留两位小数 -
stripTrailingZeros：去掉尾部的多余零。BigDecimal trimmed = new BigDecimal("10.0000").stripTrailingZeros(); // 结果为 10
4. 示例代码
import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;
public class BigDecimalDemo {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal("0.1");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.2");
// 加法
BigDecimal sum = a.add(b);
System.out.println("加法结果: " + sum);
// 减法
BigDecimal diff = a.subtract(b);
System.out.println("减法结果: " + diff);
// 乘法
BigDecimal product = a.multiply(b);
System.out.println("乘法结果: " + product);
// 除法（四舍五入，保留两位小数）
BigDecimal quotient = a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP);
System.out.println("除法结果: " + quotient);
// 比较大小
System.out.println("比较大小: " + a.compareTo(b)); // 输出 -1（a < b）
// 设置小数位数
BigDecimal scaled = a.setScale(3, RoundingMode.HALF_UP);
System.out.println("保留三位小数: " + scaled);
}
}
输出
加法结果: 0.3
减法结果: -0.1
乘法结果: 0.02
除法结果: 0.50
比较大小: -1
保留三位小数: 0.100
5. BigDecimal 的实际应用场景
-
货币计算：
- 避免浮点数因精度丢失导致的金额计算错误。
- 比如银行系统、财务系统需要高精度的货币计算。
-
科学计算：
- 需要非常高精度的小数计算时使用。
-
精准计量：
- 例如商品重量、距离等对精度要求高的场景。
6. 面试中的注意点
-
避免使用浮点数直接构造 BigDecimal：
-
推荐使用字符串或
valueOf方法。 -
错误：
BigDecimal bd = new BigDecimal(0.1); // 精度丢失 -
正确：
BigDecimal bd = new BigDecimal("0.1");
-
-
掌握舍入模式的应用：
- 面试官常考除法运算时的舍入模式，如如何避免
ArithmeticException。
- 面试官常考除法运算时的舍入模式，如如何避免
-
性能问题：
- 了解
BigDecimal的高精度带来的性能开销，建议只在需要高精度的地方使用。
- 了解
总结
BigDecimal 是 Java 中处理高精度计算的重要工具，适合用在对精度要求高的场景。它以不可变性、多种运算方法和灵活的舍入模式，成为解决浮点数精度问题的首选。理解其构造方式、运算方法和应用场景是面试和开发中的重点。
问题二：BigDecimal 为什么能保证精度不丢失？
BigDecimal 能够保证精度不丢失的关键在于其 底层实现原理 和 数值表示方式。相比于 float 和 double 使用二进制浮点数表示，BigDecimal 使用的是 字符串形式存储数值，并对数字进行严格的数学计算，而不是依赖硬件的浮点运算。这使得 BigDecimal 避免了二进制浮点表示的精度问题。
1. BigDecimal 的数值存储方式
BigDecimal 的底层实现由以下两部分组成：
-
任意精度的整数值（
BigInteger表示）：- 数值部分以十进制形式存储，不受二进制表示的限制。
- 例如，
BigDecimal("0.1")的底层存储为1（整数部分）。
-
精度（小数点位置）：
- 使用一个整数变量存储小数点的位置，精确地记录小数的位数。
- 例如，
BigDecimal("0.1")会存储1和精度-1，表示1 × 10^(-1)。
这种存储方式完全基于十进制，避免了浮点数的二进制转换误差。
2. 与浮点数表示的区别
浮点数的二进制表示
float和double使用 IEEE 754 标准的二进制浮点表示。- 某些十进制小数无法用二进制精确表示。例如：
-
十进制的
0.1在二进制中是一个 无限循环小数：0.1 (十进制) = 0.0001100110011…(二进制)因此，浮点数表示
0.1时会出现近似值，导致精度丢失。
-
BigDecimal 的十进制表示
BigDecimal直接以十进制存储数值，能够精确表示任意大小和精度的十进制小数。- 例如，
BigDecimal("0.1")就直接存储为十进制0.1，没有任何精度误差。
3. BigDecimal 的高精度计算方式
(1) 严格的数学运算
BigDecimal的所有操作（如加减乘除）都基于十进制数学运算实现，而不是硬件层面的浮点数运算。- 每次运算都严格控制精度，不会因为二进制表示导致误差累积。
(2) 可控的舍入模式
-
在进行除法或设置小数位时，
BigDecimal提供多种舍入模式（如四舍五入、向上舍入等），保证结果符合预期。 -
例如：
BigDecimal a = new BigDecimal("1"); BigDecimal b = new BigDecimal("3"); BigDecimal result = a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP); // 精确到两位小数 System.out.println(result); // 输出 0.33
4. 为什么浮点数会丢失精度，而 BigDecimal 不会？
浮点数精度丢失的原因
-
二进制表示限制：
- 浮点数以二进制存储，某些十进制小数无法精确转换为二进制（如
0.1）。 - 浮点数的有限位数（如
float是 32 位，double是 64 位）导致表示范围和精度有限。
- 浮点数以二进制存储，某些十进制小数无法精确转换为二进制（如
-
运算误差累积：
- 浮点数运算会因为舍入而产生误差，且误差会随着运算次数增加逐步累积。
BigDecimal 保证精度的原因
- 基于十进制存储：
- 数值存储为十进制形式，避免了二进制转换误差。
- 任意精度：
- 可以存储任意大小和精度的数值，只受内存限制。
- 严格数学计算：
- 所有计算都在软件层实现，遵循十进制数学规则，精确控制每一步的结果。
5. 示例对比
以下是浮点数和 BigDecimal 的对比示例：
浮点数的精度问题
public class FloatPrecision {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(0.1 + 0.2); // 输出 0.30000000000000004
}
}
BigDecimal 的精确计算
import java.math.BigDecimal;
public class BigDecimalPrecision {
public static void main(String[] args) {
BigDecimal a = new BigDecimal("0.1");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.2");
BigDecimal sum = a.add(b);
System.out.println(sum); // 输出 0.3
}
}
6. 使用 BigDecimal 的最佳实践
-
避免使用浮点数直接构造：
-
例如：
BigDecimal bd = new BigDecimal(0.1); // 错误 BigDecimal bd = new BigDecimal("0.1"); // 正确
-
-
使用
valueOf创建：-
如果必须使用浮点数，推荐使用
BigDecimal.valueOf()：BigDecimal bd = BigDecimal.valueOf(0.1); // 安全
-
-
合理选择舍入模式：
- 除法等可能产生无限小数的操作时，必须指定舍入模式，避免抛出异常。
7. 总结
-
为什么 BigDecimal 能保证精度不丢失？
- 因为它基于十进制存储数值，采用严格的数学运算规则，而不是依赖硬件的二进制浮点运算。
- 它记录了每个数字的精度（小数位数），能完全避免二进制表示的精度问题。
-
适用场景：
- 高精度场景，如货币计算、科学计算、精准计量等。
BigDecimal 的优势使其成为对精度要求高的场景中不可替代的工具，但它也有性能上的开销，需要根据实际情况权衡使用。
问题三：使用 new String(字符串) 语句在 Java 中会创建多少个对象？
当使用 new String("字符串") 创建字符串时，具体会创建 1 个或 2 个对象，这取决于字符串常量是否已经存在于 字符串常量池 中。以下是详细分析：
1. 情况分析
情况 1：常量池中不存在该字符串
-
如果
"字符串"是一个新的字符串常量，不在常量池中：- 常量池中会创建一个新的字符串对象来存储
"字符串"。 new String("字符串")会创建一个新的堆内存对象。
- 总计：2 个对象（1 个在常量池，1 个在堆中）
- 常量池中会创建一个新的字符串对象来存储
情况 2：常量池中已存在该字符串
-
如果
"字符串"已存在于常量池中：- 常量池中不会重复创建对象，直接使用现有对象。
new String("字符串")会在堆中创建一个新的对象。
- 总计：1 个对象（仅堆中创建新对象）
2. 代码示例与解读
代码示例 1：常量池中没有字符串
public class StringExample {
public static void main(String[] args) {
String s1 = new String("hello");
}
}
-
假设
"hello"不在常量池中：- 常量池中会存储一个
"hello"。 - 堆中会创建一个新的
String对象。
- 总计创建 2 个对象：
- 常量池中的
"hello"。 - 堆中的
new String("hello")。
- 常量池中的
- 常量池中会存储一个
代码示例 2：常量池中已有字符串
public class StringExample {
public static void main(String[] args) {
String s1 = "hello"; // 这行将 "hello" 放入常量池
String s2 = new String("hello");
}
}
-
"hello"已存在于常量池中：- 常量池不会再创建新的
"hello"对象。 new String("hello")会在堆中创建一个新对象。
- 总计创建 1 个对象：
- 堆中的
new String("hello")。
- 堆中的
- 常量池不会再创建新的
3. 总结
创建对象数量的规律
- 新字符串常量：如果常量池中没有该字符串，创建 2 个对象（常量池 + 堆）。
- 已有字符串常量：如果常量池中已有该字符串，创建 1 个对象（堆）。
为什么会有堆中的新对象？
- 使用
new String(字符串)强制创建了一个堆内存中的字符串对象，并且它不与常量池中的对象共享。
4. 扩展讲解
字符串常量池机制
- 字符串常量池是 JVM 中的一块特殊内存区域，用于存储字符串字面量，目的是为了节省内存并提高性能。
- 当使用双引号创建字符串时（例如
"hello"），JVM 会检查常量池：- 如果字符串已存在，则复用。
- 如果不存在，则将该字符串放入常量池。
如何避免多余对象的创建？
-
使用
String时尽量避免new String()，直接使用字符串字面量或者调用intern()方法。 -
例如：
String s1 = "hello"; // 常量池复用 String s2 = new String("hello").intern(); // 返回常量池中的字符串
性能建议
- 如果对内存占用敏感，避免使用
new String()，因为它会创建堆对象，增加内存开销。
关键点总结
- 对象创建数量：取决于字符串常量池中是否已有该字符串。
- 常量池 vs 堆：
"字符串"会尝试复用常量池对象，而new String()强制创建堆对象。 - 面试重点：考察对 Java 字符串常量池机制的理解，以及如何避免不必要的对象创建。
总结
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