Java程序由虚拟机管理内存
Java虚拟机运行时数据区
思维导图
程序计数器（Program Counter Register）
当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机概念模型里，计数器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。
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（多核处理器的一个内核）都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。
如果正在执行一个JAVA方法，记录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（Underfined）。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemory情况的区域。
Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)
也是线程私有的，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：每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用至结束的过程都对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈过程。
局部变量表部分存放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，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也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机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OµtOfMemoryError异常。
本地方法栈（Native Method Stack）
与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行的Java方法（也就是字节码)服务，而本地方法栈则为 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（譬如 Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法找区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
Java堆（Java Heap）
对于大多数应用，Java堆是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，唯一目的是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。在Java虚拟机规范中的描述：所有的对象实例和数组都在这里分配内存。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、标量替换优化技术使之不再绝对。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，很多时候也被称作“GC堆”。从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代算法，JAVA堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓存区。
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，只要逻辑上连续即可。在实现时，即可以实现固定大小，也可以扩展，当前主流虚拟机都是按照扩展来实现（-Xmx 和 - Xms）。如果堆中没有内存完成实例分配，无法扩展时抛出OutOfMemory。
方法区（Method Area）
线程共享的内存区域，它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。Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但他有有个别名“Non-Heap”（非堆），目的应该是与堆区分。
在HotSpot虚拟机上开发、部署的开发者更愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），仅仅是因为HotSpot虚拟机使用永久代来实现方法区。其他虚拟机不存在永久代概念。
Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和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。这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和类型的卸载。当方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemortError异常。
持久代溢出原因 动态加载了大量Java类而导致溢出
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，还有一项是常量池（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方法区的运行时常量池中存放。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，
具备动态性，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的常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中。
当常量池无法再申请到内存时抛出OutOfMemoryError异常。
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。但这部分内存也被频繁使用。
在 JDK 1.4 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等参数信息， 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。
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