Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。如下图所示
1. 程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是占用较小的、线程私有的一块内存空间，它的作用是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机中，通过改变计数器的值来选择下一条需要执行的字节码指令,比如 分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复等基础功能。
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，每条线程都需要有独立的程序计数器，各线程之间的计数器互不影响。
如果线程执行的是一个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Native方法，这个计数器则为空。
此内存区域是唯一一个Java虚拟机规范中没有任何OutOfMemoryError情况的区域。
2. Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的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：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应这一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double），对象引用和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。
64位长度的long和double类型的数据占用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就已经完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中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的大小。
虚拟机栈会出现两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，将会抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机可以动态扩展，但是扩展时无法申请到足够的内存，将会抛出OutOfMemoryError异常。
注意：
栈帧是方法运行期的基础数据结构
随着线程栈的大小越大(-Xss控制)，能够支持越多的方法调用，也即是能够存储更多的栈帧；
局部变量表内容越多，那么栈帧就越大，栈深度就越小。
3. 本地方法栈
与虚拟机栈作用相似，区别是虚拟机栈为Java方法服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。该区域也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError异常。
4. Java堆
Java堆（Java Heap）是虚拟机管理的内存中最大的一块。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，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。
Java堆是垃圾回收器管理的主要区域，被称为"GC"堆。从内存回收角度，由于现在收集器基本上采用的是分代收集算法，所以Java堆还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有 Eden空间，From Survivor空间，To Survivor空间等
堆大小可通过-Xmx 和 -Xms参数来控制。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
5. 方法区
方法区（Method Area）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型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，而Jdk8以前的永久代和Jdk8的元空间都是方法区的不同实现。其中主要分类是静态常量池、运行时常量池、字符串常量池
5.1 静态常量池
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(Constant pool table)，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入运行时常量池中存放。
静态常量池就是上面说的class文件中的常量池。class常量池是在编译时每个class文件中都存在。不同的符号信息放置在不同标志的常量表中。
5.2 运行时常量池
运行时常量池是在类加载完成之后，将每个class常量池中的符号引用值转存到运行时常量池中。每个class都有一个运行时常量池，类在解析之后将符号引用替换成直接引用，与全局常量池中的引用值保持一致。
运行时常量池相对于class文件常量池的另外一个特性是具备动态性（用来动态获取类信息，包括：class文件元信息描述、编译后的代码数据、引用类型数据、类文件常量池等），java语言并不要求常量一定只有编译器才产生，也就是并非预置入class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，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得比较多的是String类的intern()方法
5.3 字符串常量池
字符串池里的内容是在类加载完成，经过验证、准备阶段之后存放在字符串常量池中。
字符串常量池的处理机制是只会存储一份，被所有的类共享。基本流程是：创建字符串之前检查常量池中是否存在，如果存在则获取其引用，如果不存在则创建并存入，返回新对象引用。
6. 直接内存
直接内存（Direct Memory）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。但是这部分也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。
在JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O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Java堆中的DirectByteBuffer对象作为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，肯定还是会受到本机总内存（包括RAM以及SWAP区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。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，但经常忽略直接内存，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级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
附录-方法区不同的Jdk版本变化
在JDK1.7之前运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区, 此时hotspot虚拟机对方法区的实现为永久代。
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在JDK1.7字符串常量池和静态变量被从方法区拿到了堆中，运行时常量池剩下的还在方法区, 也就是hotspot中的永久代。
在JDK8 hotspot移除了永久代用元空间(Metaspace)取而代之, 这时候字符串常量池还在堆，运行时常量池还在方法区，只不过方法区的实现从永久代变成了元空间(Metaspace)
通过上面的图解，我们可以轻易得知在不同的版本中方法区及内部组成部分是在不断变化的。
参考文章：
《深入理解Java虚拟机》
