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BigDecimal

조사하게 된 계기?

  • 할인 관련 API 작업을 진행중에 퍼센트 계산을 위해 나누기 연산을 하였는데이상한 오류를 발견했다. 분명 딱 떨어져야 하는 값인데! x.999999999로 나오고 있는!! ㅜㅜ 오픈 하루전에 찾아낸 버그라서.. 굉장히 마음 졸였었던 기억..

BigDecimal?

  • BigDecimal은 Java 언어에서 숫자를 정밀하게 저장하고 표현할 수 있는 유일한 방법이다.
  • 소수점을 저장할 수 있는 가장 크기가 큰 타입인 double은 소수점의 정밀도에 있어 한계가 있어 값이 유실될 수 있다.
  • Java 언어에서 돈과 소수점을 다룬다면 BigDecimal은 선택이 아니라 필수이다.
  • BigDecimal의 유일한 단점은 느린 속도와 기본 타입보다 조금 불편한 사용법 뿐이다.

double, 무엇이 문제인가?

double a = 10.0000;
double b = 3.0000;

// 기대값: 13
// 실제값: 13.000001999999999
a + b;

// 기대값: 7
// 실제값: 6.999999999999999
a - b;

// 기대값: 30
// 실제값: 30.000013000000997
a * b;

// 기대값: 3.33333...
// 실제값: 3.333332555555814
a / b;

BigDecimal 초기화

  • double 타입으로 부터 BigDecimal 타입을 초기화하는 방법으로 가장 안전한 것은 문자열의 형태로 생성자에 전달하여 초기화하는 것이다. double 타입의 값을 그대로 전달할 경우 앞서 사칙연산 결과에서 본 것과 같이 이진수의 근사치를 가지게 되어 예상과 다른 값을 얻을 수 있다.
  • https://stackoverflow.com/questions/7186204/bigdecimal-to-use-new-or-valueof/7186298#7186298 
// double 타입을 그대로 초기화하면 기대값과 다른 값을 가진다.
// 0.01000000000000000020816681711721685132943093776702880859375
new BigDecimal(0.01);

// 문자열로 초기화하면 정상 인식
// 0.01
new BigDecimal("0.01");

// 위와 동일한 결과, double#toString을 이용하여 문자열로 초기화
// 0.01
BigDecimal.valueOf(0.01);

BigDecimal 비교 연산

  • BigDecimal은 기본 타입이 아닌 오브젝트이기 때문에 특히, 동등 비교 연산을 유의해야 한다. double 타입을 사용하던 습관대로 무의식적으로 == 기호를 사용하면 예기치 않은 연산 결과를 초래할 수 있다.
BigDecimal a = new BigDecimal("2.01");
BigDecimal b = new BigDecimal("2.010");

// 객체의 레퍼런스 주소에 대한 비교 연산자로 무의식적으로 값의 비교를 위해 사용하면 오동작
// false
a == b;

// 값의 비교를 위해 사용, 소수점 맨 끝의 0까지 완전히 값이 동일해야 true 반환
// false
a.equals(b);

// 값의 비교를 위해 사용, 소수점 맨 끝의 0을 무시하고 값이 동일하면 0, 적으면 -1, 많으면 1을 반환
// 0
a.compareTo(b);

BigDecimal 사칙 연산

  • Java에서 BigDecimal 타입의 사칙 연산 방법은 아래와 같다. 보다시피 double 타입보다 장황하고 귀찮은 편이다.
BigDecimal a = new BigDecimal("10");
BigDecimal b = new BigDecimal("3");

// 더하기
// 13
a.add(b);

// 빼기
// 7
a.subtract(b);

// 곱하기
// 30
a.multiply(b);

// 나누기
// 3.333333...
// java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.
a.divide(b);

// 나누기
// 3.333
a.divide(b, 3, RoundingMode.HALF_EVEN);

// 나누기 후 나머지
// 전체 자리수를 34개로 제한
// 1
a.remainder(b, MathContext.DECIMAL128);

// 절대값
// 3
new BigDecimal("-3").abs();

// 두 수 중 최소값
// 3
a.min(b);

// 두 수 중 최대값
// 10
a.max(b);

BigDecimal 소수점 처리

  • RoundingMode.HALF_EVEN은 Java의 기본 반올림 정책으로 금융권에서 사용하는 Bankers Rounding와 동일한 알고리즘이다. 금융권에서는 시스템 개발시 혼란을 막기 위해 요구사항에 반올림 정책을 명확히 명시하여 개발한다.
// 소수점 이하를 절사한다.
// 1
new BigDecimal("1.1234567890").setScale(0, RoundingMode.FLOOR);

// 소수점 이하를 절사하고 1을 증가시킨다.
// 2
new BigDecimal("1.1234567890").setScale(0, RoundingMode.CEILING);
// 음수에서는 소수점 이하만 절사한다.
// -1
new BigDecimal("-1.1234567890").setScale(0, RoundingMode.CEILING);

// 소수점 자리수에서 오른쪽의 0 부분을 제거한 값을 반환한다.
// 0.9999
new BigDecimal("0.99990").stripTrailingZeros();

// 소수점 자리수를 재정의한다.
// 원래 소수점 자리수보다 작은 자리수의 소수점을 설정하면 예외가 발생한다.
// java.lang.ArithmeticException: Rounding necessary
new BigDecimal("0.1234").setScale(3);

// 반올림 정책을 명시하면 예외가 발생하지 않는다.
// 0.123
new BigDecimal("0.1234").setScale(3, RoundingMode.HALF_EVEN);

// 소수점을 남기지 않고 반올림한다.
// 0
new BigDecimal("0.1234").setScale(0, RoundingMode.HALF_EVEN);
// 1
new BigDecimal("0.9876").setScale(0, RoundingMode.HALF_EVEN);

BigDecimal 나누기 처리

BigDecimal b10 = new BigDecimal("10");
BigDecimal b3 = new BigDecimal("3");

// 나누기 결과가 무한으로 떨어지면 예외 발생
// java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.
b10.divide(b3);

// 반올림 정책을 명시하면 예외가 발생하지 않음
// 3
b10.divide(b3, RoundingMode.HALF_EVEN);

// 반올림 자리값을 명시
// 3.333333
b10.divide(b3, 6, RoundingMode.HALF_EVEN);

// 3.333333333
b10.divide(b3, 9, RoundingMode.HALF_EVEN);

// 전체 자리수를 7개로 제한하고 HALF_EVEN 반올림을 적용한다.
// 3.333333
b10.divide(b3, MathContext.DECIMAL32);

// 전체 자리수를 16개로 제한하고 HALF_EVEN 반올림을 적용한다.
// 3.333333333333333
b10.divide(b3, MathContext.DECIMAL64);

// 전체 자리수를 34개로 제한하고 HALF_EVEN 반올림을 적용한다.
// 3.333333333333333333333333333333333
b10.divide(b3, MathContext.DECIMAL128);

// 전체 자리수를 제한하지 않는다.
// java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result. 예외가 발생한다.
b10.divide(b3, MathContext.UNLIMITED);

BigDecimal과 Java Stream

// POJO 목록에서 BigDecimal 타입을 가진 특정 필드의 합을 반환
BigDecimal sumOfFoo = fooList.stream()
    .map(FooEntity::getFooBigDecimal)
    .filter(foo -> Objects.nonNull(foo))
    .reduce(BigDecimal.ZERO, BigDecimal::add);

// 특정 BigDecimal 필드를 기준으로 오름차순 정렬된 리스트를 반환
foolist.stream()
    .sorted(Comparator.comparing(it -> it.getAmount()))
    .collect(Collectors.toList());

// 위와 동일한 기능, 정렬된 새로운 리스트를 반환하지 않고 원본 리스트를 바로 정렬
foolist.sort(Comparator.comparing(it -> it.getAmount()));

BigDecimal 유닛 테스트

  • BigDecimal은 JUnit에서 Assertion 기능을 제공하지 않아 유닛 테스트가 불편하다. AssertJ 라이브러리를 이용하면 아래와 같이 네이티브하게 BigDecimal에 대한 유닛 테스트를 수행할 수 있다.
  • https://joel-costigliola.github.io/assertj/ 
BigDecimal a = BigDecimal.valueOf(0.1);
BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(0.10);
BigDecimal c = BigDecimal.valueOf(0.101);
BigDecimal d = BigDecimal.valueOf(0.001);

// equals()와 동일하기 때문에 소수점 마지막 0까지 동일해야 true
// false
assertThat(a).isEqualTo(b));

// compareTo()와 동일하기 때문에 소수점 마지막 0이 달라도 true
// true
assertThat(a).isEqualByComparingTo(b);

// 두 수가 주어진 오차 범위를 만족하면 true
// true
assertThat(a).isCloseTo(c, within(d));

BigDecimal 관련 라이브러리

  • big-math 라이브러리는 java.lang.Math 클래스의 BigDecimal 버전이라고 할 수 있다. BigDecimal 기반 연산과 관련된 여러 유용한 기능을 제공한다. 
  • https://github.com/eobermuhlner/big-math

안녕하세요. 끄적이기를 좋아하는 개발자 이예빈입니다. 매일 일기를 쓰는 것 처럼 블로그를 쓰고 싶어요.
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