Unity3D C# 中foreach的GC产出(2023年带数据)

一、Foreach究竟会不会产生GC？

很多读者在听一些群内大佬谈话过程中可能会听说foreach遍历集合会产生GC，笔者也是这么了解的，所以很多读者可能会和笔者一样在网上看到各种说法，将信将疑。
主要分为这几个立场：

1.foreach 会产生GC，在unity里别用，Mono的问题
2.foreach产生GC是被遍历的集合有问题，实现的不好，不是foreach的锅
3.foreach的GC问题已经修复了，大家可以毫不顾忌的使用

笔者在搜索了资料的基础上自己亲手实验，试图证明这些结论哪个是正确的，得到的结论是

网上的其他回答太过远古，甚至存在莫名的歧视foreach
有时候会产生一点点GC，但无需否定，甚至在现在可以忽略不计

如果不想看实验过程，可以直接翻到文末有结论！！！！

二、实验过程

首先我们以最常用的Dictionary进行讨论，因为我们经常使用foreach便捷的遍历Dictionary，难以用for进行

1. foreach遍历字典是否存在GC

using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Profiling;
public class MyGCTest : MonoBehaviour
{
    Dictionary<int,int> dic = new Dictionary<int, int>()
    {
        { 0, 0 },
        { 1, 1 }
    };
    void Update()
    {
        Profiler.BeginSample("ForeachGC");
        foreach (var x in dic){}
        Profiler.EndSample();
    }
}

答案显然是存在的，但是笔者在不经意间发现，写在Update的foreach，居然仅仅在第一次调用时产生GC，以后的循环的foreach均不产生GC！！

2. foreach遍历字典在什么时候产生GC Alloc

根据上一步，笔者产生了以下猜想

1.字典内增加一个元素，foreach是否会再次产生GC
2.如果我分别遍历多个字典，会不会产生双份的GC
3.如果我遍历几个不同类型的字典呢？

根据以下代码验证，笔者在两个文件中分别监测GC的产生

using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Profiling;


public class MyGCTest : MonoBehaviour
{
	//先整两个不同的字典
    Dictionary<int, int> dic = new Dictionary<int, int>()
    {
        { 0, 0 }
    };
    Dictionary<int, int> dic2 = new Dictionary<int, int>()
    {
        { 0, 0 },
        { 100,100}
    };
    void Update()
    {
        Profiler.BeginSample("ForeachGC");
        //先遍历一次第一个字典试试
        foreach (var x in dic){}
        //新增一个元素再试试
        if (!dic.ContainsKey(1)) dic.Add(1, 0);
        foreach (var x in dic){}
        //遍历第二个字典
        foreach (var x in dic2) {}
        Profiler.EndSample();
        //此时发现第一帧有0B 的GCAlloc
    }
}
public class MyGCtest2 : MonoBehaviour
{
    Dictionary<int, int> dic2 = new Dictionary<int, int>()
    {
        { 0, 0 },
        { 100,100}
    };
    void Update()
    {
        Profiler.BeginSample("ForeachGC3");
        foreach (var x in dic2) {}
        Profiler.EndSample();
        //第一帧产生96B GCAlloc
    }
}

这样我们就能得出

1.无论遍历几个字典，遍历几次，元素是否改变，都只产生96B的GCAlloc
2.foreach遍历字典的GCAlloc 全局仅产生一次，与所在文件，方法，类都无关

但是我们接下来想试试不同类型的字典…

Dictionary<int, int> dic2 = new Dictionary<int, int>()
    {
        { 0, 0 },
        { 100,100}
    };

    Dictionary<int, float> dic1 = new Dictionary<int, float>()
    {
        { 0, 0.2f },
        { 100,100.0f}
    };
    void Update()
    {
        Profiler.BeginSample("ForeachGC");
        foreach(var x in dic2)
        {

        }
        foreach (var x in dic1)
        {

        }
        Profiler.EndSample();
    }

GC突然变为192B ，是原来的二倍，显然每个类型的字典都会产生96B

1.无论遍历几个字典，遍历几次，元素是否改变，都只产生96B的GCAlloc
2.foreach遍历字典的GCAlloc 全局仅产生一次，与所在文件，方法，类都无关
3. foreach遍历字典产生GC与字典类型有关

3.foreach 遍历其他Collection呢？

	List<int> list = new List<int>() { 0,1,0};
    int[] arr= new int[3] { 0,1,0};
    void Update()
    {
        Profiler.BeginSample("ForeachGC");
        foreach(var x in list)
        {

        }
        foreach(var x in arr) { }
        Profiler.EndSample();
    }

甚至第一次GC都没产生，接下来我们仔细发掘一下原理。

三、foreach 为什么在遍历Dictionary时产生GC

foreach本质是对GetEnumerator(),MoveNext()等方法的简化，我们对IEnumerable等接口再熟悉不过了。

1.无论遍历几个字典，遍历几次，元素是否改变，都只产生96B的GCAlloc
2.foreach遍历字典的GCAlloc 全局仅产生一次，与所在文件，方法，类都无关
3. foreach遍历字典产生GC与字典类型有关

产生这些结论，得出foreach的CG产出和字典类型相关，而与其他的因素无关的结论。我能猜测出GetEnumerator始终返回的是Enumerator的单例，每个字典类型都包含一个实例，所以形成每个字典类型都产生一定GC的现象。

我们详细展开分析，发现在GetEnumerator处产生96B，在MoveNext处产生96B
甚至笔者为了探究这一内容，写了第三个Dictionary，发现GetEnumerator处产生144B，在MoveNext处产生144B
笔者得到了以下结论

1.每个类型Dictionary首次foreach均产生96B 的GCAlloc
2.每个96B的GCAlloc分别为 48B的GetEnumerator()和 48B的MoveNext()
3.Dictionary的迭代方式类似于单例，每个类型全局仅加载一次

四、结论

1. foreach在遍历System.Collections.Generic内的集合时不会无理由产生不可接受的GC
   事实上，遍历List和数组时不会创建Enumerator，即一直保持0GC
2. foreach在遍历字典时，仅对每个类型字典在首次调用时产生一次GC,以后同类型字典不会再产生GC，与其他因素无关。
   也就是说，你只需要对Dictionary使用过foreach，以后再使用同类型的字典foreach就不会产生GC，无论是否为同一实例，元素是否变化，文件是否相同，方法和类是否相同。
   3.对字典Values/Keys单独foreach将产生更多的GC，大概多24B,与上面提到的相近，其他一致。