本文參考自《深入理解Java虛擬機》一書。主要總結一下java虛擬機內存的各個區域，以及這些區域的作用、服務對象以及其中可能產生的問題。
1. 運行時數據區域
java虛擬機在執行java程序的過程中會把它說管理的內存劃分爲若干個不同的數據區域，這些區域都有各自的用途，以及創建和銷燬的時間，有的區域隨着虛擬機進程的啓動而存在，有些區域則依賴用戶線程的啓動和結束而建立和銷燬。具體如下圖所示：
結合這張圖，下面逐個來分析一下每個數據區域的特點。
1.1 程序計數器（Program Counter Register）
程序計數器是一塊較小的內存空間，可以看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。啥意思呢？我們知道，CPU的計算時間是以分片的方式給到每個線程的（換句話說，所謂的並行其實本質上還是串行），比如線程A執行到了一個地方，CPU將控制權給了線程B，那麼線程A重新獲得CPU的資源時，如何恢復到剛纔執行的地方呢？這就是程序計數器要乾的事了！它能幫助線程A找到剛剛執行的地方，從而繼續剛剛的執行。
爲了線程切換後能恢復到正確的執行位置，每個線程都需要有一個獨立的程序計數器，各條線程之間的計數器互不影響，獨立存儲。所以程序計數器是線程私有的。
另外，程序計數器是唯一一個在java虛擬機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。
1.2 Java虛擬機棧
Java虛擬機棧所佔有的內存空間也就是我們平時所說的“棧內存”，並且也是線程私有的，生命週期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型：每個方法在執行的同時，都會創建一個棧幀，用於存儲局部變量表（基本數據類型，對象的引用和returnAddress類型）、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。
局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在棧幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。
每一個方法被調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。對於Java虛擬機棧，有兩種異常情況：
1）如果線程請求的棧深度大於虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；
2）如果虛擬機棧在動態擴展時，無法申請到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError；
1.3 本地方法棧
本地方法棧和虛擬機棧所發揮的作用非常相似，它們之間的區別主要是，虛擬機棧是爲虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務的，而本地方法棧則爲虛擬機使用到的Native方法服務。
與虛擬機棧類似，本地方法棧也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
1.4 Java堆
Java堆是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java堆在主內存中，是被所有線程共享的一塊內存區域，其隨着JVM的創建而創建，堆內存的唯一目的是存放對象實例和數組。同時Java堆也是GC管理的主要區域。
Java堆物理上不需要連續的內存，只要邏輯上連續即可。如果堆中沒有內存完成實例分配，並且也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。
1.5 方法區
方法去是所有線程共享的一個內存區域。用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。方法區也有一個別名叫做Non-Heap（非堆），用於與Java堆區分。對於HotSpot虛擬機來說，方法區又習慣稱爲“永久代”（Permancent Generation），但這只是對於HotSpot虛擬機來說的，其他虛擬機的實現上並沒有這個概念。相對而言，垃圾收集行爲在這個區域比較少出現，但也並非不會來收集，這個區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載上。
根據Java 虛擬機規範的規定，當方法區無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError 異常。
1.6 運行時常量池
運行時常量池屬於方法區。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量表，用於存放編譯期生成的各種字面常量和符號引用，這部分內容將在類加載後進入方法區的運行時常量池中存放（JDK1.7開始，常量池已經被移到了堆內存中了）。也就是說，這部分內容，在編譯時只是放入到了常量池信息中，到了加載時，纔會放到運行時常量池中去。運行時常量池縣歸於Class文件常量池的另外一個重要特徵是具備動態性，Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生，也就是並非預置入Class文件中常量池的內容才能進入方法區的運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用的比較多的是String類的intern()方法。
當方法區無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常，常量池屬於方法區，同樣可能拋出OutOfMemoryError異常。
下面針對內存區域模型做一個小結：
2. java內存區域模型總結
| 內存區域 | 線程私有 | 主要作用 | 溢出異常 |
|---|---|---|---|
| 程序計數器 | 是 | 記錄當前線程執行的位置 | 無異常 |
| 虛擬機棧 | 是 | 存儲局部變量表（基本數據類型，對象的引用和returnAddress類型）、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息（java方法） | StackOverflowError和OutOfMemoryError |
| 本地方法棧 | 是 | 和虛擬機棧相似，區別本地方法棧爲虛擬機使用到的Native方法服務 | StackOverflowError和OutOfMemoryError |
| 堆 | 否 | 存放對象實例和數組 | OutOfMemoryError |
| 方法區 | 否 | 用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據 | OutOfMemoryError |