Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外的人想进去，墙里的人却想出来。对于Java程序员来说，与C、C++不同，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码，不容易出现内存泄露和内存溢出问题。不过，也正因为Java程序员把内存控制的权利交给了Java虚拟机，一旦出现内存泄露和内存溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，那么排查错误将是一件很艰难的工作。
一、运行时数据区
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途。根据《Java虚拟机规范（Java SE 7版）》的规定，Java虚拟机所管理的内存包含以下几个运行时数据区域。
二、线程独有的内存区域
程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，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地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器的值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError的区域。
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）由于存储局部变量表、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执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：StackOverflowError异常，OutOfMemoryError异常。
局部变量表
局部变量表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。局部变量表所需要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。
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，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，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常
三、线程共享的内存区域
Java堆
Java堆是所有线程共享的一快内存区域，在虚拟机启动的时候创建。此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秒的变化，所有的对象都分配在堆上变的不那么绝对了。
从内存回收的角度来看，由于现在的收集器基本都采用分代收集算法，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。
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，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。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堆区分开来。对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来说，很多人更愿意把方法区称为“永久代”，该区域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。在JDK7的HotSpot中已经把原本放在永久代的字符串常量池移出。
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，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期间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。
四、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OutOfMemory异常出现。
参考文献：《深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践 第2版》