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Jéf Bueno
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Não tem muito mistério. Sem conhecer os detalhes de como funciona a linguagem é só medindo e fazendo uma média pra ter uma base de qual é mais rápido.

Nos meus testes, com três milhões de registros, primeiro caso foi mais rápido (Caso1()), levando uma média de de 40ms a cada execução, o segundo (Caso2()) ficou com uma média de 55ms por execução.

Usando .ToList() (Caso3()) cada execução levou uma média de 90ms.

O código que eu usei pra testar foi este:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Diagnostics;

public class Program 
{
    static List<string> lista = new List<string>();
    public static void Main (string[] args)
    {
        PopularLista();
        
        Console.WriteLine(lista.Count);
        
        Caso1();
        Caso2();
        Caso3();
    }
    
    private static void Caso1()
    {
        var watch = Stopwatch.StartNew();
        
        var chaves = new List<string>();
        foreach(var item in lista)
        {
            if(!string.IsNullOrEmpty(item))
            {
                chaves.Add(item);
            }
        }
        
        watch.Stop();
        var ms = watch.ElapsedMilliseconds;
        Console.WriteLine("Caso 1: " + ms + " ms");
    }
    
    private static void Caso2()
    {
        var watch = Stopwatch.StartNew();
        
        var chaves = new List<string>();
        var listaValida = lista.Where(x => !string.IsNullOrEmpty(x));
        foreach(var item in listaValida)
        {
            chaves.Add(item);
        }
        
        watch.Stop();
        var ms = watch.ElapsedMilliseconds;
        Console.WriteLine("Caso 2: " + ms + " ms");
    }
    
    private static void Caso3()
    {
        var watch = Stopwatch.StartNew();
        
        var listaValida = lista.Where(x => !string.IsNullOrEmpty(x)).ToList();   
        
        watch.Stop();
        var ms = watch.ElapsedMilliseconds;
        Console.WriteLine("Caso 3: " + ms + " ms");
    }
    
    private static void PopularLista()
    {
        for(int i = 0; i < 3000000; i++)
            lista.Add(i % 2 == 0 ? "Teste" : "");
    }
}

Você pode rodar os testes no repl.it.

Jéf Bueno
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