Java虛拟機在執行Java程式的過程中會把它所管理的記憶體劃分為若幹個不同的資料區域。這些區域都有各自的用途，以及建立和銷毀的時間，有的區域随着虛拟機程序的啟動而存在，有些區域則依賴使用者線程的啟動和結束而建立和銷毀。
Java虛拟機所管理的記憶體将會包括以下幾個運作時資料區域：
1、程式計數器
java虛拟機實際執行的是class類型的位元組碼檔案，程式計數器中儲存了目前線程所執行的位元組碼的行号。在虛拟機的概念模型裡，位元組碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令。
是以程式計數器可以了解為指針，用來存儲指向下一條指令的位址，程式計數器是一塊非常小的記憶體空間，幾乎可以忽略不記。
從分類可知，程式計數器是線程隔離的，那麼隔離的必要性是什麼？
因為并發會帶來線程切換，每個線程都不能避免被挂起，那麼我們希望線程在喚醒時刻能夠繼續執行之前的任務，為了線程切換後能恢複到正确的執行位置，每條線程都需要有一個獨立的程式計數器，我們稱這類記憶體區域為“線程獨有”的記憶體。
如果線程正在執行的是一個java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛拟機位元組碼指令的位址：如果正在執行的是Native方法，這個計數器則為空（Undefined）。此記憶體區域是唯一一個在java虛拟機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。
2、java虛拟機棧
與程式計數器一樣，java虛拟機棧(java Virtual Machine Stacks)也是線程私有的，它的生命周期與線程相同，随着線程建立而建立，随着線程結束棧記憶體也就釋放，是以對于棧來說不存在垃圾回收問題。
虛拟機棧描述的是java方法執行的記憶體模型：每個方法在執行的同時都會建立一個棧幀(Stack Frame)用于存儲局部變量表、操作數棧、動态連結、方法出口等資訊。每一個方法從調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛拟機中入棧到出棧的過程。
上圖在一個棧中有兩個棧幀，棧幀2是最先被調用的方法，并且方法2又調用了方法1，是以2先入棧，1後入棧，1處于棧頂的位置，棧幀2處于棧底，執行完畢後，依次彈出棧幀1和棧幀2，線程結束，棧釋放。
每執行一個方法都會産生一個棧幀，儲存到棧(後進先出)的頂部，頂部棧就是目前的方法，該方法
執行完畢 後會自動将此棧幀出棧。
局部變量表存放了方法的輸入參數和、出參數以及方法内的變量，方法在編譯期可知的各種基本資料類型(Boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、對象引用(reference類型，可能是一個指向對象起始位址的引用指針，也可能是指向一個代表對象的句柄或其它與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條位元組碼指令的位址）。
其中64位長度的long和double類型的資料會占用2個局部變量空間（Slot），其餘的資料類型隻占用1個。局部變量表所需的記憶體空間在編譯期間完成配置設定，當進入一個方法時，這個方法需要在幀中配置設定多大的局部變量空間是完全确定的，在方法運作期間不會改變局部變量表的大小。
在java虛拟機規範中，對這個區域規定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛拟機所允許的深度，将抛出StackOverflowError異常；如果虛拟機棧可以動态擴充（目前大部分的java虛拟機都可動态擴充，隻不過java虛拟機規範中也允許固定長度的虛拟機棧），如果擴充時無法申請到足夠的記憶體，就會抛出OutOfMemoryError異常。
3、本地方法棧
本地方法棧（Native Method Stack）與虛拟機棧所發揮的作用是非常相似的，他們之間的差別不過是虛拟機棧是虛拟機用來執行java方法(也就是位元組碼)，而本地方法棧則是虛拟機用來執行Native方法。
在虛拟機規範中對本地方法中中方法使用的語言、使用方式與資料結果并沒有強制規定，是以具體的虛拟機可以自由實作它。甚至有的虛拟機（例如Sun HotSpot虛拟機）直接就啊本地方法棧和虛拟機棧合二為一。與虛拟機棧一樣，本地方法棧逾期也會抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
4、java堆
一般而言，java堆(java Heap)是java虛拟機所管理的記憶體中最大的一塊，是被所有線程共享的一塊記憶體區域，在虛拟機啟動時建立。此記憶體區域的唯一目的就是存放對象執行個體，幾乎所有的對象執行個體都是在這裡配置設定記憶體。
java堆是垃圾收集器管理的主要區域，從記憶體回收的角度來看，由于現在收集器基本都采用分代收集算法，是以java堆中還可以細分為：新生代和老年代；再細緻一點的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。從記憶體配置設定的角度來看，線程共享的java堆中可能劃分出多個線程私有的配置設定緩沖區（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。堆中無論哪個區域，存儲的都是對象執行個體，劃分的目的是為了更好地回收記憶體，或者更快地配置設定記憶體。
java虛拟機規範的規定，java堆可以處于實體上不連續的記憶體空間中，隻要邏輯上是連續的即可。如果在堆中沒有記憶體完成執行個體配置設定，并且堆也無法再擴充時，将會抛出OutOfMemoryError異常。
5、方法區
方法區是各個線程共享的記憶體區域，用于存儲已被虛拟機加載的類資訊、普通常量、靜态變量、即時編譯器編譯後的代碼等資料。雖然java虛拟機規範把方法區描述為堆的一個邏輯部分，但是它還有一個别名Non-Heap(非堆)，目的應該是與java堆區分開來。
jdk1.8之前，方法區被稱為永久代，1.8之後取消永久代，添加元空間，實際上，可以将方法區作為一個邏輯概念或接口，而永久代和元空間都是對方法區的具體實作。元空間的本質和永久代類似，都是對JVM規範中方法區的實作。不過元空間與永久代之間的最大差別在于：元空間并不在虛拟機中，而是使用本地記憶體。
java虛拟機規範對方法區的限制非常寬松，除了和java堆一樣不需要連續的記憶體和可以選擇固定大小或者可擴充外，還可以選擇不實作垃圾收集。相對來說，垃圾收集行為再方法區是比較少出現的，但并非資料進入了方法區就如永久代的名字一樣“永久”存在了，這區域的記憶體回收目标主要是針對常量池的回收和對類型的解除安裝，一般來說，這個區域的回收“成績”比較難以令人滿意，尤其是類型的解除安裝，條件相當苛刻，但是這部分區域的回收确實是必要的。在sun公司的BUG清單中，層出現過額若幹個嚴重bug就是由于低版本的HotSpot虛拟機對此區域未完全回收而導緻記憶體洩漏。
當方法區無法滿足記憶體配置設定需求時，也會抛出OutOfMemoryError異常。
6、運作時常量池
運作時常量池(Runtime Constant Pool)是方法區的一部分。Class檔案中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述資訊外，還有一項資訊是常量池(Constant Pool Table)，用于存放編譯期生成的各種字面量和符号引用，這部分内容将在類加載後進入方法區的運作時常量池中存放。
運作時常量池相對于Class檔案常量池的另外一個重要特征是具備動态性，java語言并不要求常量一定隻有編譯期才能産生，也就是并非預置入class檔案中常量池的内容才能進入方法區運作時的常量池，運作期間也可能将新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用得比較多的便是String類的intern()方法。
Jdk1.6及之前： 有永久代, 常量池1.6在方法區
Jdk1.7： 有永久代，但已經逐漸“去永久代”，常量池1.7在堆
Jdk1.8及之後： 無永久代，常量池1.8在元空間 運作時常量池屬于方法區的一部分，當常量池無法再申請到記憶體時會抛出OutOfMemoryError異常。
7、直接記憶體
直接記憶體（Direct Memory）并不是虛拟機運作時資料區的一部分，也不是java虛拟機規範中定義的記憶體區域。但是這部分記憶體也被頻繁地使用，而且也可能導緻OutOfMemoryError異常出現。
JDK1.4中新加入NIO（New Input/Output）類，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函數庫直接配置設定堆外記憶體，然後通過一個存儲在java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊記憶體的引用進行操作。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堆中來回複制資料。
直接記憶體的配置設定不會受到java堆大小的限制，但受到本機總記憶體（包括RAM以及SWAP區或者分頁檔案）大小以及處理器尋址空間的限制。伺服器管理者再配置虛拟機參數時，會根據實際記憶體設定-Xmx等參數資訊，但是經常忽略直接記憶體，使得各個記憶體區域總和大于實體記憶體限制（包括實體的和作業系統級的限制），進而導緻動态擴充時出現OutOfMemoryError異常。
參考：《深入了解java虛拟機》