组成部分：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区
运行时常量池【方法区的一部分】
直接内存【不属于JVM内存结构，但会频繁使用，可能导致OOM出现】
在最近，使用VirtualVM对系统的内存占用情况进行分析时，VirtualVM中内存变动的图形化展示，对于理解JVM内存结构特别有帮助，于是从《深入理解Java虚拟机 第2版》中手录了这部分内容，整理到线上也方便随时查看。
VirtualVM.png
JVM内存结构.png
1、程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块比较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条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的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）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程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“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，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在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：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame：栈帧是方法运行时的基础数据结构）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完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
经常有人把Java内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种分法比较粗糙，Java内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说明大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。其中所指的“堆”在后面讲述，而所指的“栈”就是这里所讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表的部分。
局部变量表存放了编译期可知的各种基础数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，有可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）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个局部变量表空间（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栈所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；
- 如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过是Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时申请不到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常；
3、本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别是：
- Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务；
- 本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务；
在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（例如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
4、Java堆
对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所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，几乎所有的对象实例都是在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。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，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。
Java堆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”（Garbage Collected Heap）。从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都采用分代手机算法，所以Java堆中还可以细分为：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。从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。无论怎么划分，存储的都是对象实例。
根据Java虚拟机规范的规定，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，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。
如果堆中没有内存完成实例分配，并且对也无法再扩展时，将会抛出OOM异常。
5、方法区
方法区（Method Area）与Java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、即时编辑器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开。
HotSpot中，方法区被称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，只是因为HotSpot中把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区，这样Hotspot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存。对于其他虚拟机（BEA JRockit、IBM J9等）来说是不存在永久代的概念的。永久代来实现方法区，更容易遇到内存溢出的问题（永久代有-XX:MaxPermSize的上限，J9和JRockit只要没有触碰到进程可用内存的上限，例如32位系统中的4GB，就不回出现问题），而且，有极少数方法（例如String.intern()）会因为这个原因导致在不同虚拟机下会有不同的表现。
在jdk1.8中，已经没有Permanent Generation（永久代），取而代之使用Metaspace（元空间）。
与Java堆一样，不需要连续的内存空间，可以选择固定大小或者可扩展，还可以选择不实现垃圾回收。垃圾回收在这个区域比较少出现，这个区域的内存回收的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的需求时，将抛出OOM异常。
5.1、运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）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，还有一种信息是常量池（Constant Pool），用于存放编辑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到方法区的运行时常量池中存放。
Java虚拟机堆Class文件每一个部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种类型的数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载和执行，但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求。一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。
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。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OOM异常出现。
在JDK1.4中加入了NIO（New Imput/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一块存储在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Java堆和Native堆中来回复制数据。
显然，本机直接内存的分配不回受到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。
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