一、 JVM 运行时数据区
不同虚拟机的运行时数据区可能略微有所不同，但都会遵从 Java 虚拟机规范， Java 虚拟机规范规定的区域分为以下 5 个部分：
1.1 程序计数器（线程私有）
程序计数器（Program CounterRegister）是一块较小的内存，占用内存大小可以忽略不计，它可以看做是当前线程所执行字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选择下一跳需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
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来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说就是一个内核）都只会执行一个线程中的指令。因此，
为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都需要有一个单独的程序计数器，各线程之间计数器互不影响，独立存储，这类内存区域可以称为“线程私有”的内存。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址，如果正在执行的是Native方法，这个计数器的值为空（undefined）。
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。
1.2 虚拟机栈（线程私有）
虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）是一个线程执行的区域，保存着一个线程中方法的调用状态。换句话说，一个Java线程的运行状态，由一个虚拟机栈来保存，所以虚拟机栈肯定是线程私有的，随着线程的创建而创建。每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧，栈帧是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，即每个方法对应一个栈帧。调用一个方法，就会向栈中压入一个栈帧；一个方法调用完成，就会把该栈帧从栈中弹出。对于执行引擎来讲，活动线程中，只有栈顶的栈帧是有效的，称为当前栈帧，这个栈帧所关联的方法称为当前方法，执行引擎所运行的所有字节码指令都只针对当前栈帧进行操作。
在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常。
- 如果虚拟机在动态扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。
这两种情况存在着一些互相重叠的地方：当栈空间无法继续分配时，到底是内存太小，还是已使用的栈空间太大，其本质上只是对同一件事情的两种描述而已。在单线程的操作中，无论是由于栈帧太大，还是虚拟机栈空间太小，当栈空间无法分配时，虚拟机抛出的都是StackOverflowError异常，而不会得到OutOfMemoryError异常。而在多线程环境下，则会抛出OutOfMemoryError异常。
1.2.1 栈帧
每个栈帧对应一个被调用的方法，可以理解为一个方法的运行空间。每个栈帧中包括局部变量表(Local Variables)、操作数栈(Operand Stack)、指向运行时常量池的引用(A reference to the run-time constant pool)、方法返回地址(Return Address)和附加信息。在编译程序代码时，栈帧中需要多大的局部变量表、多深的操作数栈都已经完全确定了，并且写入了方法表的Code属性之中。因此，一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行期变量数据的影响，而仅仅取决于具体的虚拟机实现。
局部变量表
方法中定义的局部变量以及方法的参数存放在这张表中。局部变量表中的变量不可直接使用，如需要使用的话，必须通过相关指令将其加载至操作数栈中作为操作数使用。操作数栈
当一个方法开始执行时，它的操作栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令（比如：加操作、赋值元算等）向操作栈中写入和提取内容，也就是入栈和出栈操作。动态链接
每个栈帧都包含一个指向运行时常量池（在方法区中，后面介绍）中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。Class文件的常量池中存在有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用，一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用（如final、static域等），称为静态解析，另一部分将在每一次的运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。方法返回地址
当一个方法被执行后，有两种方式退出该方法：执行引擎遇到了任意一个方法返回的字节码指令或遇到了异常，并且该异常没有在方法体内得到处理。无论采用何种退出方式，在方法退出之后，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行。方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数器的值就可以作为返回地址，栈帧中很可能保存了这个计数器值，而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息。
方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，如果有返回值，则把它压入调用者栈帧的操作数栈中，调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令。
1.3 本地方法栈（线程私有）
本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；
1.4 Java 堆 (线程共享)
Java Heap是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，它是所有线程共享的一块内存区域。几乎所有的对象实例和数组都在这类分配内存。Java Heap是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”。内部会划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。可以位于物理上不连续的空间，但是逻辑上要连续。
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处在物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有内存可分配时，并且堆也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
堆空间分为老年代和年轻代。刚创建的对象存放在年轻代，而老年代中存放生命周期长久的实例对象。年轻代中又被分为Eden区和两个Survivor区(From Space和To Space)。新的对象分配首先是放在Eden区，Survivor区作为Eden区和Old区的缓冲，在Survivor区的对象经历若干次GC仍然存活的，就会被转移到老年代。当一个对象大于eden区而小于old区（老年代）的时候会直接扔到old区。 而当对象大于old区时，会直接抛出OutOfMemoryError（OOM）。
堆默认大小为本机内存的1/4,如本机内存为8G，则堆空间大小默认为2G
Java堆的内存划分如图所示，分别为年轻代、Old Memory（老年代）、Perm（永久代）。其中在Jdk1.8中，永久代被移除，使用MetaSpace（元空间）代替。
新生代使用复制清除算法（Copinng算法）,老年代采用标记-整理算法（mark-compact）。
Eden内存不足时，发生一次minor GC，会把Survivor 0 和 Eden的对象复制到Survivor 1，这次的Survivor 1就变成了下次的Survivor 0，经过多次minor GC，默认15次，达到次数的对象会从Survivor进入老年代。new出来的对象如果新生代装不下，则直接进入老年代。
1.5 方法区 (线程共享)
方法区（Methed Area）（HotSpotVM中称为 永久代）是各个线程共享的内存区域，在虚拟机启动时创建，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却又一个别名叫做Non-Heap(非堆)，目的是与Java堆区分开来，方法区域又被称为“永久代”，但这仅仅对于Sun HotSpot来讲，JRockit和IBM J9虚拟机中并不存在永久代的概念。
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。相对而言，垃圾收集行为在这个区域比较少出现。该区域的内存回收目标主要针是对废弃常量的和无用类的回收。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、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Class文件常量池），用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。运行时常量池相对于Class文件常量池的另一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，也就是并非预置入Class文件中的常量池的内容才能进入方法区的运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的是String类的intern（）方法。
根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
jdk8移除了PermGen，取而代之的是MetaSpace元空间（Metaspace）使用本地内存，静态变量(引用和变量对象实体都在堆空间)和StringTable放在对空间中。MetaSpace直接申请在本地内存中（Native memory）,这样类的元数据分配只受本地内存大小的限制,OOM问题就不存在了
1.6 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，它直接从操作系统中分配，因此不受Java堆大小的限制，但是会受到本机总内存的大小及处理器寻址空间的限制，因此它也可能导致OutOfMemoryError异常出现。在JDK1.4中新引入了NIO机制，它是一种基于通道与缓冲区的新I/O方式，可以直接从操作系统中分配直接内存，即在堆外分配内存，这样能在一些场景中提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。