程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并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，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。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线程计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，即线程私有内存。

如果线程正在执行的是一个java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器值则为空。此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是程序私有的，其生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。

局部变量表保存了编译期可知的各种基本数据类型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）、对象引用（reference类型）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。局部 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，这个方法需要在帧是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。

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将会抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机可以动态扩展时无法申请到足够的内存，应付抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机规范中对于本地方法栈中方法使用的语言、作用方式和数据结构没有强制规定。该区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

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。该区域存在的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都在堆上分配也就变得不是那么绝对了。

Java虚拟机规范中规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的。不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来进行实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中没有内存完成实例的分配，并且堆也无法扩展时，就会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区与堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据。

永久代是实现方法区的方式之一，但是容易遇到内存溢出的问题（永久代有-XX:MaxPermSize的上限）。在JDK 1.7中，已经把原本放在永久代中的字符串常量池移出。

方法区中不需要连续的内存空间，可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集在这个区域是比较少的。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

当方法区无法满足内存分配需求时，将会抛出OutOfMemoryError。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等信息之外，还有一项信息是常量池，用于存储编译期生成的各种字面量和符号引用，这些内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

运行期间也可能将新的常量放入常量池中，这种特性被开发人员利用的比较多的是String类的intern()方法。

当常量池中无法再申请到内存时，会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

直接内存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。但是这部分内存被频繁的使用，而且可以导致OutOfMemoryError异常的出现。

在JDK 1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的IO方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在堆中的DirectByteBuffer对象作为对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，肯定还是受到本机总内存的限制。

服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但是经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统的限制），从而导致动态扩展时，出现OutOfMemoryError异常。