Java虛擬機器在執行Java程式的過程中會把它所管理的記憶體劃分為若干個不同的資料區域。這些區域都有各自的用途，以及建立和銷燬的時間，有的區域隨著虛擬機器程序的啟動而存在，有些區域則依賴使用者執行緒的啟動和結束而建立和銷燬。根據《Java虛擬機器規範（Java SE7版）》的規定，Java虛擬機器所管理的記憶體將會包括以下幾個執行時資料區域。如下圖所示

　　1. 程式計數器

　　程式計算器（Program Counter Register）是一塊較小的記憶體空間，它可以看作是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。在虛擬機器的概念模型裡（僅是概念模型，各種虛擬機器可能會通過一些更高效的方式去實現），位元組碼直譯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，分支、迴圈、中轉、異常處理、執行緒恢復等基礎功能都需要依賴這個計算器來完成。

　　每條執行緒都有一個獨立的程式計算器，各條執行緒之間計數器互不影響，獨立儲存，稱這類記憶體區域為“執行緒私有”的記憶體。

　　如果執行緒正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機器位元組碼指令的地址；如果正在執行的是Native方法，這個計算器值則為空（Undefined）。此記憶體區域是唯一一個在Java虛擬機器規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。

2. Java虛擬機器棧

　　與程式計數器一樣，Java虛擬機器棧（Java Virtual Machine Stacks）也是執行緒私有的，它的生命週期與執行緒相同。虛擬機器棧描述的是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）用於儲存區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口等資訊。每一個方法從呼叫直到執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機器棧中入棧到出棧的過程。

　　區域性變量表存放了編譯期可知的各種基本資料型別（boolen、byte、char、short、int、float、long、double）、物件引用（reference型別，它不等同對物件本身，可能是一個指向物件起始地址的引用指標，也可能是指向一個代表物件的控制代碼或其他與此物件相關的位置）和returnAddress型別（指向了一條位元組碼指令的地址）。

　　其中64位長度的long和double型別的資料會佔用2個區域性變數空間（Slot），其餘的資料型別只佔用1個。區域性變量表所需要的記憶體空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的區域性變數空間是完全確定的，在方法執行期間不會改變區域性變量表的大小。

　　在Java虛擬機器規範中，對這個區域規定了兩種異常狀況：如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度，將丟擲StackOverflowError異常；如果虛擬機器棧可以動態擴充套件（當前大部分的Java虛擬機器都可動態擴充套件，只不過Java虛擬機器規範中也允許固定長度的虛擬機器棧），如果擴充套件時無法申請到足夠的記憶體，就會丟擲OutOfMemoryError異常。

3. 本地方法棧

　　本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機器棧所發揮的作用是非常相似的，它們之間的區別不過是虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法（也就是位元組碼）服務，而本地方法棧則為虛擬機器使用到的Native方法服務。有的虛擬機器會把本地方法棧和虛擬機器棧合二為一。與虛擬機器棧一樣，本地方法棧區域也會丟擲StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

4. Java堆

　　Java堆是所有執行緒共享的一塊記憶體區域，在虛擬機器啟動時建立。此記憶體區域唯一目的就是存放物件例項，幾乎所有的物件例項都在這裡分配記憶體。

　　Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，也稱做“GC堆”。從記憶體回收的角度來看，由於現在收集器基本都採用分代收集演算法，所以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。從記憶體分配的角度來看，執行緒共享的Java堆中可能劃分出多個執行緒私有的分配緩衝區（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。

　　如果在堆中沒有記憶體完成例項分配，並且堆也無法再擴充套件時，將會丟擲OutOfMemoryError異常。

5. 方法區

　　方法區（Method Area）與Java堆一樣，是各個執行緒共享的記憶體區域，它用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯的程式碼等資料。

　　垃圾收集行為在這個區域是比較少出現的，但並非資料進入了方法區就如永久代的名字一樣”永久“的存在了。這個區域的記憶體回收目標主是針對常量池的回收和對型別的解除安裝。

　　當方法區無法滿足記憶體分配需求時，將丟擲OutOfMemoryError異常。

6. 執行時常量池

　　執行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分。Class檔案中除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類載入後進入方法區的執行時常量池中存放。

　　一般來說，除了儲存Class檔案中描述的符號引用外，還會把翻譯出來的直接引用也儲存在執行時常量池中。

　　執行時常量池相對於Class檔案常量池的另外一個重要特徵是具備動態性。執行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用得比較多的便是String類的intern()方法。

　　當常量池無法再申請到記憶體時會丟擲OutOfMemoryError異常。

7. 直接記憶體

　　直接記憶體（Direct Memory）並不是虛擬機器執行時資料區的一部分，但是這部分記憶體也被頻繁地使用，而且也可能導致OutOfMemoryError異常出現。

　　在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類，引入了一種基於通道（channel）與緩衝區（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函式庫直接分配堆外記憶體，然後通過一個儲存在Java堆中的DirectByteBuffer物件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效能，因為避免了在Java堆和Native堆中來回複製資料。

摘自《深入理解Java虛擬機器 JVM高階特性與最佳實踐》 周志明著