运行时内存区域
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而一直存在，有些区域则是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域。
1、程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块比较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在Java虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作是就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条程序中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储 ，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
2、Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）也是线程私有的，他的生命周期与线程相同，虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。每一个方法被调用直至完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
经常有人把Java内存区域笼统的划分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种划分方式就直接继承自传统的C、C++程序的内存布局结构，在java语言里就显得有些粗糙了，实际的内存区域划分要比这更复杂。不过这种划分方式的流行也间接说明了程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的区域是“堆”和“栈”这两块。其中，“堆”在稍后笔者会专门讲述，而“栈”通常就是指这里将的虚拟机栈，或者更多的情况下只是指虚拟机栈中局部变量表部分。
局部变量表存放了编译器可知的各种Java虚拟机基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，它并不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）
这些数据类型在局部变量表中的存储空以局部变量槽（Slot）来表示，其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。布局变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的 ，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。请注意，这里指的“大小”是指变量槽的数量，虚拟机真正使用多大的存储空间（譬如按照一个变量槽占用32个比特、64个比特，或者更多）来实现一个变量槽，这是完全有具体的虚拟机实现自行决定的事情。
在《Java虚拟机规范》中，对这个内存区域规定了两类异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果Java虚拟机栈容量允许动态扩展（HotSpot虚拟机的站容量是不可以动态扩展的，以前的Classic虚拟机到时可以。所以在HotSpot虚拟机上是不会由于虚拟机栈无法扩展而导致OOM的，只要线程申请栈空间成功了就不会有OOM，但是如果申请时就失败，仍然是会出现OOM异常），当栈扩展是无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
3、Java堆
对于Java应用程序来说，Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。在《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：“所有的对象实例以及数组都应当在对上分配”，而这里笔者写的“几乎”是指从实现角度来看，随着Java语言的发展，现在已经能看到些许迹象表明日后可能出现值类型的支持，即使指考虑现在，由于即时编译技术的进步，尤其是要因分析技术的日渐强大，栈上分配、标量替换优化手段已经导致一些微妙的变化悄然发生，所以说Java对象实例都分配在对上也渐渐变得不是那么绝对了。
即时了。集器大部分都是基于分代收集理论设计的，所以Java堆中经常会出现“新生代“、”老年代“、”永久代“、”Eden空间“、”From Survivor空间“、”To Survivor空间“等名词。在十多年前（以G1收集器的出现为分界）作为业界绝对主流的HotSpot虚拟机，它内部的垃圾收集器全部都基于”经典分代“（指新生代【其中又包含一个Eden、两个个Survivor】、老年代这种划分）来设计的，需要新生代、老年代收集器搭配才能工作，在这种背景下，上述说法还算是不会产生太大歧义。但是到了今天，垃圾收集器技术与十年前已不可同日而语。HotSpot里面也出现了不采用分代设计的新垃圾收集器，在按照上面的提法就有待商榷了。
如果从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升对象分配时的效率。不过无论从什么角度，无论如何划分，都不会改变Java堆中存储内容的共性，无论是哪个区域，存储的都只能是对象的实例，将Java堆细分的目的只是为了更好的回收垃圾，或者更快地分配内存。
根据《Java虚拟机规范》的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中。但在逻辑上它应该被视为连续的，这点就像我们使用磁盘空间去存储文件一样，并不要求每个文件都连续存放。对于大对象（典型的如数组对象），多数虚拟机实现出于实现简单、存储高效的考虑，很可能会要求连续的内存空间。
Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过参数-Xmx和Xms设定）。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemeryError异常。
4、方法区
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。虽然《Java虚拟机规范》中吧方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却又一个别名叫做“非堆”（Non-Heap），目的是与Java堆区分开来。
说到方法区，不得不提及“永久代”这个概念，尤其是在JDK8以前，许多Java程序员都习惯在HotSpot虚拟机上开发，部署程序，很多人都更愿意把方法区称呼为“永久代”（Permanent Generation），或将两者混为一谈。本质上这两者并不是等价的，因为仅仅是当时的HotSpot虚拟机设计团队选择吧收集器的分代设计扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样使得HotSpot的垃圾收集器能够像管理Java堆一样管理这部分内存，省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。但是对于其他虚拟机实现，譬如BEAJRockit、IBM J9等来说，是不存在永久代的概念的 。原则上如何实现方法区属于虚拟机实现细节，不受《Java虚拟机规范》管束，并不要求统一。但现在回头来看，当年使用永久代来实现方法区的决定并不是一个好主意，这种设计导致了Java应用更容易遇到内存溢出的问题（永久代有-XX：MaxPermSize的上限，例如32位系统的4GB限制，就不会出问题），而且有极少数方法（例如String::intern()）会因永久代的原因导致不同虚拟机下有不同的表现。当Oracle收购BEA获得了JRockit的所有权后，准备把JRockit中的优秀功能，譬如Java Mission Control管理工具，移植到HotSpot虚拟机时，但因为两者在方法区实现的差异而面临诸多困难。考虑到HotSpot未来的发展，在JDK6时HotSpot开发团队就有放弃永久代，逐步改为采用本地内存（Native Memory）来实现方法区的计划了，到了JDK7的HotSpot，已经把原本放在永久代的字符串常量，静态变量等移除，而到了JDK8，终于完全放弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Meta-space）来替代 ，把JDK7中永久代还剩余的内容（主要是类型信息）全部移到元空间中。
根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
5、运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，用于存放编译器生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译器才能产生，也就是说，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern方法
既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
6、直接内存
直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现，所以我们放到这里一起讲解。
在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，他可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域综合大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
注释：来源于《深入了解Java虚拟机》