Java中通過多執行緒使得多個任務同時執行處理，所有的執行緒共享JVM記憶體區域main memory，而每個執行緒又有自己的工作記憶體，當執行緒與記憶體區域進行互動時，資料從主存拷貝到工作記憶體，進而交由執行緒處理。

Java虛擬機器記憶體模型中定義的訪問操作與物理計算機處理的基本一致。

JVM的邏輯記憶體模型如下圖：

1、程式計數器（Program Counter Register）

程式計數器是一塊較小的記憶體空間，其存放的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、跳轉、異常處理、執行緒恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。

由於Java 虛擬機器的多執行緒是通過執行緒輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對於多核處理器來說是一個核心）只會執行一條執行緒中的指令。因此，為了執行緒切換後能恢復到正確的執行位置，每條執行緒都需要有一個獨立的程式計數器，各條執行緒之間的計數器互不影響，獨立儲存，我們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Natvie 方法，這個計數器值則為空（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（Java Virtual Machine Stacks）

與程式計數器一樣，Java虛擬機器棧也是執行緒私有的，其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：每個方法被執行的時候都會同時建立一個棧幀（Stack Frame ①）用於儲存區域性變量表、操作棧、動態連結、方法出口等資訊。每一個方法被呼叫直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機器棧中從入棧到出棧的過程。

經常有人把Java 記憶體區分為堆記憶體（Heap）和棧記憶體（Stack），這種分法比較粗糙，Java 記憶體區域的劃分實際上遠比這複雜。這種劃分方式的流行只能說明大多數程式

區域性變量表存放了編譯期可知的各種基本資料型別（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、物件引用（reference 型別，它不等同於物件本身，根據不同的虛擬機器實現，它可能是一個指向物件起始地址的引用指標，也可能指向一個代表物件的控制代碼或者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。

3、本地方法棧（Native Method Stacks）

本地方法棧與虛擬機器棧的作用非常相似，虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法（也就是位元組碼）服務，而本地方法棧則是為虛擬機器使用的Native方法服務的。

虛擬機器規範中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與資料結構並沒有強制規定，因此具體的虛擬機器可以自由實現它。甚至有的虛擬機器（譬如Sun HotSpot 虛擬機器）直接就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 Heap）

對於大多數應用來說，Java 堆是Java 虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊。Java 堆是被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。

這一點在Java 虛擬機器規範中的描述是：所有的物件例項以及陣列都要在堆上分配①，但是隨著JIT 編譯器的發展與逃逸分析技術的逐漸成熟，棧上分配、標量替換②優化技術將會導致一些微妙的變化發生，所有的物件都分配在堆上也漸漸變得不是那麼“絕對”了。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱作“GC堆”（Garbage Collected Heap）。

根據Java 虛擬機器規範的規定，Java 堆可以處於物理上不連續的記憶體空間中，只要邏輯上是連續的即可，就像我們的磁碟空間一樣。在實現時，既可以實現成固定大小的，也可以是可擴充套件的，不過當前主流的虛擬機器都是按照可擴充套件來實現的（通過-Xmx和-Xms 控制）。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。

4、方法區（Method Area）——又名Non-Heap

方法區與Java堆一樣，是各個執行緒共享的記憶體區域，用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料。雖然Java 虛擬機器規範把方法區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），目的應該是與Java 堆區分開來。

根據Java 虛擬機器規範的規定， 當方法區無法滿足記憶體分配需求時， 將丟擲OutOfMemoryError 異常。

5、執行時常量池（Runtime Constant Pool）

執行時常量池是方法區的一部分。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，用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容在類載入後存放到方法區的執行時常量池中。

6、直接記憶體（Direct Memory）

直接記憶體並不是虛擬機器執行時資料區的一部分，也不是Java虛擬機器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，而且也可能導致OutOfMemoryError 異常出現。應用在某些場景中能顯著提高效能，因為其避免了在Java堆和Native堆中來回複製資料。

顯然，本機直接記憶體的分配不會受到Java 堆大小的限制，但是，既然是記憶體，則肯定還是會受到本機總記憶體（包括RAM 及SWAP 區或者分頁檔案）的大小及處理器定址空間的限制。伺服器管理員配置虛擬機器引數時，一般會根據實際記憶體設定-Xmx等引數資訊，但經常會忽略掉直接記憶體，使得各個記憶體區域的總和大於實體記憶體限制（包括物理上的和作業系統級的限制），從而導致動態擴充套件時出現OutOfMemoryError異常。

邏輯記憶體模型我們已經看到了，那當我們建立一個物件的時候是怎麼進行訪問的呢？

在Java 語言中，物件訪問是如何進行的？物件訪問在Java 語言中無處不在，是最普通的程式行為，但即使是最簡單的訪問，也會涉及Java 棧、Java 堆、方法區這三個最重要記憶體區域之間的關聯關係，如下面的這句程式碼：

Object obj = new Object();

假設這句程式碼出現在方法體中，那“Object obj”這部分的語義將會反映到Java 棧的本地變量表中，作為一個reference 型別資料出現。而“new Object()”這部分的語義將會反映到Java 堆中，形成一塊儲存了Object 型別所有例項資料值（Instance Data，對象中各個例項欄位的資料）的結構化記憶體，根據具體型別以及虛擬機器實現的物件記憶體布局（Object Memory Layout）的不同，這塊記憶體的長度是不固定的。另外，在Java 堆中還必須包含能查詢到此物件型別資料（如物件型別、父類、實現的介面、方法等）的地址資訊，這些型別資料則儲存在方法區中。

由於reference 型別在Java 虛擬機器規範裡面只規定了一個指向物件的引用，並沒有定義這個引用應該通過哪種方式去定位，以及訪問到Java 堆中的物件的具體位置，因此不同虛擬機器實現的物件訪問方式會有所不同，主流的訪問方式有兩種：使用控制代碼和直接指標。