300. Java Stream API - 收集 Stream 元素到集合或数组（Java Stream 收集器详解）

Java 的 Stream API 提供了多种方式来将流中的元素收集到集合中，比如 List、Set、数组等。你在上一节已经见识过其中的一两个例子，本节我们来深入挖掘各种实用模式及其适用场景。

🧭 在选择收集方式前，你应先思考几个关键问题：

• 🔒 是否需要一个 不可变（unmodifiable） 的集合？
• 🧺 是否需要一个具体的集合类型（如 ArrayList、LinkedList 或自定义实现）？
• 📏 是否能预估元素数量？（这将影响性能优化）
• 🧩 是否需要与第三方库的集合实现兼容？

这些因素会影响你最终的收集方式选择。接下来我们逐一介绍各种场景下的典型收集方式。

🚀 1. 收集到可变 ArrayList（默认方式）

这是最常用也最简单的方式：

Stream<String> strings = Stream.of("one", "two", "three", "four");

List<String> result = strings
    .filter(s -> s.length() == 3)
    .map(String::toUpperCase)
    .collect(Collectors.toList());

System.out.println("result = " + result);

🧾 输出：

result = [ONE, TWO]

📌 特点：

• 返回一个普通的 ArrayList
• 简洁 ✅，可变 ✅，性能中等 ⚠️（当元素数量大时，可能触发内部数组扩容）

🎯 2. 自定义集合类型或预设容量（toCollection）

当你：

• 想使用其他集合类型（如 LinkedList）
• 或者你知道将要收集多少元素（可优化容量）

可使用 Collectors.toCollection(...)：

Stream<Integer> ints = IntStream.range(0, 10_000).boxed();

List<String> result = ints
    .map(String::valueOf)
    .collect(Collectors.toCollection(() -> new ArrayList<>(10_000)));

System.out.println("# result size = " + result.size());

🧠 好处：

• 避免 ArrayList 多次扩容
• 可替换为 LinkedList::new、CopyOnWriteArrayList::new 等工厂方法

🔒 3. 收集为不可变 List（Java 10+）

✅ 使用 Collectors.toUnmodifiableList()

Stream<String> strings = Stream.of("one", "two", "three", "four");

List<String> result = strings
    .filter(s -> s.length() == 3)
    .map(String::toUpperCase)
    .collect(Collectors.toUnmodifiableList());

System.out.println("result = " + result);

📌 输出：

result = [ONE, TWO]

⚠️ 尝试修改 result.add(...) 会抛出 UnsupportedOperationException

🚀 4. 更高效的不可变 List（Java 16+）

✅ 使用新方法 .toList()

Stream<String> strings = Stream.of("one", "two", "three", "four");

List<String> result = strings
    .filter(s -> s.length() == 3)
    .map(String::toUpperCase)
    .toList();

System.out.println("result = " + result);

📌 输出：

result = [ONE, TWO]

⚙️ 为什么更高效？

• .collect(Collectors.toUnmodifiableList()) 的底层实现是：
  1. 收集到一个 ArrayList
  2. 再封装为不可变集合（多了一步）
• .toList() 则更聪明：如果能预估流的长度，它会一次性分配数组空间，避免扩容与拷贝（JDK 16 优化）

🔢 5. 收集到数组（使用 toArray）

❌ 简单版（类型擦除）：

Object[] result = Stream.of("a", "b", "c").toArray();

• 不推荐！返回 Object[]，类型丢失。

✅ 推荐写法（保留数组类型）：

String[] result = Stream.of("one", "two", "three", "four")
    .filter(s -> s.length() == 3)
    .map(String::toUpperCase)
    .toArray(String[]::new);

System.out.println(Arrays.toString(result));

📌 输出：

[ONE, TWO]

🧠 背后的语法糖：

String[]::new == size -> new String[size]

📝 各种收集方式总结对比表