一、簡述
C/C++在內存管理領域既是擁有最高權力的“皇帝”又是從事最基礎工作的“勞動人民”——既擁有每一個對象的“所有權”，又擔負着每一個對象生命開始到終結的維護責任。
而對於Java在虛擬機自動內存管理機制的幫助下，不再需要爲每一個new操作去寫配對的delete/free代碼，不容易出現內存泄漏和內存溢出問題，由虛擬機管理內存這一切看起來都很美好。
不過，也正是因爲Java程序員把內存控制的權力交給了Java虛擬機，一旦出現內存泄漏和溢出方面的問題，如果不瞭解虛擬機是怎樣使用內存的，那麼排查錯誤將會成爲一項異常艱難的工作。
二、運行時數據區域
Java虛擬機在執行Java程序的過程中會把它所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。
1. 程序計數器
程序計數器（Program Counter Register）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。
在虛擬機的概念模型裏，字節碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。
由於Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對於多核處理器來說是一個內核）都只會執行一條線程中的指令。因此，爲了線程切換後能恢復到正確的執行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數器，各條線程之間計數器互不影響，獨立存儲，這類內存區域稱爲“線程私有”的內存。如果線程正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；如果正在執行的是Native方法，這個計數器值則爲空（Undefined）。此內存區域是唯一一個在Java虛擬機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。
2. Java虛擬機棧
與程序計數器一樣，Java虛擬機棧也是線程私有的，它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、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法從屌用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。
局部變量表存放了編譯器可知的各種基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型）和returnAddress類型。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，這個方法需要在幀種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。
Java虛擬機規範：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；如果虛擬機棧可以動態擴展，如果擴展時無法申請到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError異常。
3. 本地方法棧
本地方法棧與虛擬機棧的區別：
虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法（字節碼）服務，本地方法棧則爲虛擬機使用的Native方法服務。
4. Java堆
Java堆是垃圾收集器的主要區域，因此很多時候也被成爲“GC堆”。
Java堆是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啓動時創建。此內存區域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這裏分配內存。
Java虛擬機規範中，所有的對象實例一級數組都要在堆上分配，但是隨着JIT編譯器的發展與逃逸分析技術逐漸成熟，棧上分配、標量替換優化技術將會導致一些微妙的變化發生，所有的對象都分配在堆上也漸漸沒那麼“絕對”了。
從內存回收的角度來看，Java堆還可細分爲：新生代和老年代，再細緻一點分爲：Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。從內存分配的角度來看，線程共享的Java堆種可能劃分出多個線程私有的分配緩衝區（TLAB）。
5. 方法區
方法區域Java堆一樣，是各個線程共享的內存區域，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。
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。
6.運行時常量池
運行時常量池是方法區的一部分。Class文件除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用於存放編譯器生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載後進入方法區的運行時常量池存放。
運行時常量池相對於Class文件常量池的另外一個重要特徵是具備動態性，既然運行時常量池是方法區的一部分，自然受到方法區內存的限制，當常量池無法再申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常。
7. 直接內存
直接內存並不是虛擬機運行時數據區的一部分，也不是Java虛擬機規範中定義的內存區域。但這部分內存也被頻繁地使用，而且也可能導致OutOfMemoryError異常的出現。
在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類，引入了一種基於通道（Channel）與緩衝區（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函數庫直接分配堆外內存，然後通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作爲這塊內存的引用進行操作。這樣能在一些場景中避免了在Java堆和Native堆中來回複製數據。
既然是內存，肯定還是會受到本機總內存（包括RAM以及SWAP區或者分頁文件）大小以及處理器尋址空間的限制。