Java虚拟机在执行Java程序的过程中，会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域, 如下图所示：
程序计数器
程序计数器是一块较小的内存空间，他可以看作是当前线程执行的字节码行号指示器。在虚拟机的概念模型中（仅仅是概念模型，各种虚拟机可能有更高效的实现），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、线程恢复等基础概念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）。词内存区域是为一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryErro情况的区域。
Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java VirtualMachine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机描述的是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）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执行完的过程，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内存区域分为堆内存和栈内存，这种分法比较粗略，Java内存区域的划分实际上比这复杂。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就是这两块。其中所指的“栈”就是虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。
局部变量表存储了编译器可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、float、int、long、double）、对象引用（reference类型，它不用于对象本身，可能是一个执行对象起始地址的引用指针，也可能是一个代表对象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类型都会占用2个局部变量空间（slot），其余的数据类型占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译器完成分配，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，在方法的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：如果线程请求的站深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的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OutOfMemoryError异常。
本地方法栈
本地方法栈（Native MethodStack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的没他们之间的区别只不过是虚拟机栈为虚拟机执行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的规定，因此具体的虚拟机可以自由的实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈与虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError与OutOfMemoryError异常。
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编译器器的发展与逃逸分析技术主键成熟，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地不是那么绝对了。
Java 堆是垃圾回收管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”。从内存回收的角度来看，有现在收集器基本采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代与老年代；再细致一点的有：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存的分配角度来看，线程共享的Java堆种可能划分出多个线程私有的分配缓存（Thread LocalAllocation Buffer, TLAB）。不过无论如何划分，都有存放的内容无关，无论哪个区域，存储的仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理位置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，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xms和-Xmx控制）。如果在堆中没有内存完成示例分配，并且堆也无法在扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
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Non-Heap（非堆），目的是为了与Java堆区分。
对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来说，很多人都更愿意吧方法区称为“永久代”（PermanentGeneration），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把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而已，这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存，能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。对于其他虚拟机来说是不存在永久代的概念的。原则上，如何实现方法区属于虚拟机实现的细节，不收虚拟机规范的约束，但是使用永久代来实现方法区，现在看来并不是一个好主意，因为这样更容易遇到内存溢出问题。JDK1.7的HotSpot已将原本在永久代中的字符串常量池移出，JDK1.8中已经移除永久代，使用MetaSpace代替。
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。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了，这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说，这部分区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分的回收确实是必要的。
根据Java虚拟机的规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
运行时常量池
运行时常量池（Runtime ConstantPool）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 PoolTable），用于存放编译器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。
Java虚拟机对Class文件每一部分（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一种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虚拟机规范没有作任何细节上的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，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。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要的特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得较多的便是String类的intern()方法。
既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存限制，当常量池无法在申请到内存时将会抛出OutOfMemoryError异常。
