Java虛擬機在執(zhí)行Java程序的過程中會把它所管理的內存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域都有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時間。有些區(qū)域隨著虛擬機進程的啟動而存在，而有些區(qū)域則依賴用戶線程的啟動和結束而建立和銷毀。根據(jù)《Java虛擬機規(guī)范（JavaSE 7版）》的規(guī)定，Java虛擬機所管理的內存將會包括以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū)域：

1.程序計數(shù)器

程序計數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內存空間，它可以看作是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型里，字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。分支、循環(huán)、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成。
由于Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對于多核處理器來說是一個內核）都只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器，各條線程之間計數(shù)器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內存區(qū)域為『線程私有』的內存。
如果線程正在執(zhí)行的是一個Java方法，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是Native方法，這個計數(shù)器值則為空（Undefined）。此內存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

2.Java虛擬機棧

與程序計數(shù)器一樣，Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的聲明周期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內存模型：每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個方法從調用直至執(zhí)行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。
在Java虛擬機規(guī)范中，對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常情況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機?？梢詣討B(tài)擴展（當前大部分的Java虛擬機都可動態(tài)擴展，只不過Java虛擬機規(guī)范中也允許固定長度的虛擬機棧），如果擴展中無法申請到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError異常。

3.本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，他們之間的區(qū)別不過是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務，而本地方法棧則為虛擬機使用到的Native方法服務。有的虛擬機（譬如Sun HotSpot虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。與虛擬機棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

4.Java堆

對于大多數(shù)應用來說，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建。此內存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱作『GC堆』。Java堆還可以細分為：新生代和老年代；再細致一點的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。從內存分配的角度看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。不過無論如何劃分，都與存放內容無關，無論哪個區(qū)域，存儲的都是對象實例，進一步劃分的目的是為了更好的回收內存，或者更快的分配內存。
根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤空間一樣。在實現(xiàn)時，既可以實現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴展的。不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現(xiàn)的（通過-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中沒有內存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

5.方法區(qū)

方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。雖然Java虛擬機規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的是把它與Java堆區(qū)分開來。
對于習慣在HotSpot虛擬機上開發(fā)、部署的開發(fā)者來說，很多人都更愿意把方法區(qū)稱為『永久代』（Permanent Generation），本質上兩者并不等價，僅僅是因為HotSpot虛擬機的設計團隊選擇把GC分代收集擴展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已。這樣HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一樣管理這部分內存，能夠省去專門為方法區(qū)編寫內存管理代碼的工作，對于其他虛擬機（如BEA JRockit、IBM J9等），來說是不存在永久代的概念的。
Java虛擬機規(guī)范對方法區(qū)的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內存和可以選擇固定大小或者可擴展外，還可以選擇不實現(xiàn)垃圾收集。
根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，當方法區(qū)無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

6.運行時常量池

運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載后進入方法區(qū)的運行時常量池中存放。
運行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態(tài)性，Java語言并不要求常量一定只有編譯期才能產生，也就是并非預置入Class文件中常量池的內容才能進入方法區(qū)運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發(fā)人員利用的比較多的便是String類的intern()方法。
既然運行時常量池是方法區(qū)的一部分，自然受到方法區(qū)內存的限制，當常量池無法再申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常。

7.直接內存

直接內存（Direct Memory）并不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機規(guī)范中定義的內存區(qū)域。但是這部分內存也被頻繁的使用，而且也可能導致OutOfMemoryError異常的出現(xiàn)。
JDK1.4中新加入了NIO，引入了一種基于通道與緩沖區(qū)的IO方式，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內存，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內存的引用進行操作。這樣能在一些場景中顯著提高性能，因為避免了在Java堆和Native堆中來回復制數(shù)據(jù)。
顯然，本機直接內存的分配不會受到Java堆大小的限制，但是，既然是內存，肯定還是會受到本機總內存呢（包括RAM以及SWAP區(qū)或者分頁文件）大小以及處理器尋址空間的限制。服務器管理員在配置虛擬機參數(shù)時，會根據(jù)實際內存設置-Xmx等參數(shù)信息，但經常忽略直接內存，使得各個內存區(qū)域總和大于物理內存限制（包括物理的和操作系統(tǒng)級的限制），從而導致動態(tài)擴展時出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。