Java程序是交由JVM執行的，在討論JVM內存區域劃分之前，先來看一下Java程序具體執行的過程，如圖：
如上圖所示，首先Java源代碼文件(.java后綴)會被Java編譯器編譯為字節碼文件(.class后綴)，然后由JVM中的類加載器加載各個類的字節碼文件，加載完畢之后，交由JVM執行引擎執行。在整個程序執行過程中，JVM會用一段空間來存儲程序執行期間需要用到的數據和相關信息，這段空間一般被稱作為Runtime Data Area（運行時數據區），也就是我們常說的JVM內存。因此，在Java中我們常常說到的內存管理就是針對這段空間進行管理（如何分配和回收內存空間）。
我們主要了解兩部分：
運行時數據區包括哪幾部分
根據《Java虛擬機規范》的規定，運行時數據區通常包括這幾個部分：程序計數器(Program Counter Register)、Java棧(VM Stack)、本地方法棧(Native Method Stack)、方法區(Method Area)、堆(Heap)，如圖：
運行時數據區的每部分到底存儲了哪些數據
程序計數器
程序計數器（Program Counter Register），也有稱作為PC寄存器。在匯編語言中，程序計數器是指CPU中的寄存器，它保存的是程序當前執行的指令的地址（也可以說保存下一條指令的所在存儲單元的地址），當CPU需要執行指令時，需要從程序計數器中得到當前需要執行的指令所在存儲單元的地址，然后根據得到的地址獲取到指令，在得到指令之后，程序計數器便自動加1或者根據轉移指針得到下一條指令的地址，如此循環，直至執行完所有的指令。
雖然JVM中的程序計數器并不像匯編語言中的程序計數器一樣是物理概念上的CPU寄存器，但是JVM中的程序計數器的功能跟匯編語言中的程序計數器的功能在邏輯上是等同的，也就是說是用來指示 執行哪條指令的?？梢钥醋魇钱斍熬€程所執行的字節碼的行號指示器，也可以理解為下一條將要執行的指令的地址或者行號。
由于在JVM中，多線程是通過線程輪流切換來獲得CPU執行時間的，因此，在任一具體時刻，一個CPU的內核只會執行一條線程中的指令，因此，為了能夠使得每個線程都在線程切換后能夠恢復在切換之前的程序執行位置，每個線程都需要有自己獨立的程序計數器，并且不能互相被干擾，否則就會影響到程序的正常執行次序。因此，可以這么說，程序計數器是每個線程所私有的。
在JVM規范中規定，如果線程執行的是非native方法，則程序計數器中保存的是當前需要執行的指令的地址；如果線程執行的是native方法，則程序計數器中的值是undefined。
由于程序計數器中存儲的數據所占空間的大小不會隨程序的執行而發生改變，因此，對于程序計數器是不會發生內存溢出現象(OutOfMemory)的。
Java棧
Java棧也稱作虛擬機棧(Java Vitual Machine Stack)，虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型。
Java棧中存放的是一個個的棧幀，每個棧幀對應一個被調用的方法，在棧幀中包括局部變量表(Local Variables)、操作數棧(Operand Stack)、指向當前方法所屬的類的運行時常量池（運行時常量池的概念在方法區部分會談到）的引用(Reference to runtime constant pool)、方法返回地址(Return Address)和一些額外的附加信息。當線程執行一個方法時，就會隨之創建一個對應的棧幀，并將建立的棧幀壓棧。當方法執行完畢之后，便會將棧幀出棧。因此可知，線程當前執行的方法所對應的棧幀必定位于Java棧的頂部。
棧幀（ Frame）是用來存儲數據和部分過程結果的數據結構，同時也被用來處理動態鏈接 (Dynamic Linking)、 方法返回值和異常分派（ Dispatch Exception）。
棧幀隨著方法調用而創建，隨著方法結束而銷毀——無論方法是正常完成還是異常完成（拋出了在方法內未被捕獲的異常）都算作方法結束。
棧幀的存儲空間分配在 Java 虛擬機棧之中，每一個棧幀都有自己的局部變量表（ Local Variables）、操作數棧（ OperandStack）和指向當前方法所屬的類的運行時常量池的引用。
下圖表示了一個Java棧的模型：
局部變量表，就是用來存儲方法中的局部變量（包括在方法中聲明的非靜態變量以及函數形參）。對于基本數據類型的變量，則直接存儲它的值，對于引用類型的變量，則存的是指向對象的引用。局部變量表的大小在編譯器就可以確定其大小了，因此在程序執行期間局部變量表的大小是不會改變的。
操作數棧，想必學過數據結構中的棧的朋友想必對表達式求值問題不會陌生，棧最典型的一個應用就是用來對表達式求值。想想一個線程執行方法的過程中，實際上就是不斷執行語句的過程，而歸根到底就是進行計算的過程。因此可以這么說，程序中的所有計算過程都是在借助于操作數棧來完成的。
指向運行時常量池的引用，因為在方法執行的過程中有可能需要用到類中的常量，所以必須要有一個引用指向運行時常量。
方法返回地址，當一個方法執行完畢之后，要返回之前調用它的地方，因此在棧幀中必須保存一個方法返回地址。
由于每個線程正在執行的方法可能不同，因此每個線程都會有一個自己的Java棧，互不干擾。當線程執行一個方法時，就會隨之創建一個對應的棧幀，并將建立的棧幀壓棧。
本地方法棧
本地方法棧與Java棧的作用和原理非常相似。區別只不過是Java棧是為執行Java方法服務的，而本地方法棧則是為執行本地方法（Native Method）服務的。在JVM規范中，并沒有對本地方法棧的具體實現方法以及數據結構作強制規定，虛擬機可以自由實現它。在HotSopt虛擬機中直接就把本地方法棧和Java棧合二為一
堆
Java中的堆是用來存儲對象本身的以及數組（當然，數組引用是存放在Java棧中的）。在Java中，程序員基本不用去關心空間釋放的問題，Java的垃圾回收機制會自動進行處理。因此這部分空間也是Java垃圾收集器管理的主要區域。另外，堆是被所有線程共享的，在JVM中只有一個堆。
在 Java 虛擬機中，堆（ Heap）是可供各條線程共享的運行時內存區域，也是供所有類實例和數組對象分配內存的區域。
在虛擬機啟動的時候就被創建
是所有線程共享的內存區域
存儲了被自動內存管理系統所管理的各種對象
這些受管理的對象無需，也無法顯式地被銷毀
自動內存管理系統:Automatic StorageManagement System，也即是常說的"Garbage Collector(垃圾收集器)"
Java 堆的容量可以是固定大小的，也可以隨著程序執行的需求動態擴展，并在不需要過多空間時自動收縮
Java 堆所使用的內存不需要保證是連續的
如果實際所需的堆超過了自動內存管理系統能提供的最大容量，那 Java 虛擬機將會拋出一個OutOfMemoryError 異常
實現者應當提供給程序員或者最終用戶調節 Java 堆初始容量的手段
所有的對象實例以及數組都要在堆上分配
方法區
方法區在JVM中也是一個非常重要的區域，它與堆一樣，是被線程共享的區域。在方法區中，存儲了每個類的信息（包括類的名稱、方法信息、字段信息）、靜態變量、常量以及編譯器編譯后的代碼等。
在Class文件中除了類的字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用來存儲編譯期間生成的字面量和符號引用。
在方法區中有一個非常重要的部分就是運行時常量池，它是每一個類或接口的常量池的運行時表示形式，在類和接口被加載到JVM后，對應的運行時常量池就被創建出來。當然并非Class文件常量池中的內容才能進入運行時常量池，在運行期間也可將新的常量放入運行時常量池中，比如String的intern方法。
在JVM規范中，沒有強制要求方法區必須實現垃圾回收。很多人習慣將方法區稱為“永久代”，是因為HotSpot虛擬機以永久代來實現方法區，從而JVM的垃圾收集器可以像管理堆區一樣管理這部分區域，從而不需要專門為這部分設計垃圾回收機制。不過自從JDK7之后，Hotspot虛擬機便將運行時常量池從永久代移除了。
直接內存（Direct Memory）
直接內存并不是虛擬機運行時數據區的一部分，也不是Java虛擬機規范中定義的內存區域，它直接從操作系統中分配，因此不受Java堆大小的限制，但是會受到本機總內存的大小及處理器尋址空間的限制，因此它也可能導致OutOfMemoryError異常出現。在JDK1.4中新引入了NIO機制，它是一種基于通道與緩沖區的新I/O方式，可以直接從操作系統中分配直接內存，即在堆外分配內存，這樣能在一些場景中提高性能，因為避免了在Java堆和Native堆中來回復制數據。
此處的直接內存并不是由JVM管理的內存。他是利用本地方法庫直接在java堆之外申請的內存區域。比如NIO中的DirectByteBuffer就是操作直接內存的。
直接內存的好處就是避免了在java堆和native堆直接同步數據的步驟。
