Java虛擬機所管理的內存將會包括以下幾個運行時數據區域，如下圖所示：
程序計數器
程序計數器是一塊較小的內存空間，可以看做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裡，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，為了線程切換後能恢復到正確的執行位置，獨立存儲，我們稱這類區域為“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，這個計數器值為空（undefined）。
此內存區域是唯一一個在Java虛擬機規范中沒有規定任何 OutOfMemoryError 情況的區域。
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，生命周期與線程相同。
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。每一個方法調用直至執行完成的過程，就對應著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期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，它不等同於對象本身，可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能是指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節碼指令的地址）。
其中64位長度的 long 和 double 類型的數據會占用2 個局部變量空間（Slot），其余的數據類型只占用一個。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，這個方法需要在幀中分配多大的局部變空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。
在 Java 虛擬機規范中，對這個區域規定了兩種異常狀況：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。
本地方法棧
本地方法棧與虛擬機棧所發揮的作用是非常相似的，區別不過是虛擬機棧為虛擬機執行 Java 方法服務，而本地方法棧則為虛擬機使用到的 Native 方法服務。在虛擬機規范中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方法與數據結構並沒有強制規定，因此具體的虛擬機可以自由實現它。甚至有的虛擬機（譬如Sun HotSpot虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。
與虛擬機棧一樣，本地方法棧區域也會拋出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 異常。
Java 堆
對於大多數應用來說，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，在虛擬機啟動時創建。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以及數組都在這裡分配內存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱為“GC堆”。從內存分配的角度看，由於現在收集器基本都采用分代收集算法，所以 Java 堆中還可以細分為：新生代和老年代；再細致一點的有 Eden 空間、From Survivor 空間、To Survivor 空間等。從內存分配的角度看，線程共享的 Java 堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區。不過無論如何劃分，都與存放內容無關，無論哪個區域，存儲 的都仍然是對象實例，進一步劃分的目的是為了更好地回收內存，或者更快地分配內存。
Java虛擬機規范的規定，Java 堆可以處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的即可。在實現時，既可以實現成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現的（通過-Xmx和 -Xms控制）。
如果在堆中沒有內存完成實例分配，並且堆也無法再擴展時，會拋出 OutOfMemoryError 異常。
方法區
方法區與 Java 堆一樣，是各個線程共享的內存區域，它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。
方法區在虛擬機啟動的時候被創建，雖然方法區是堆的邏輯組成部分，但是簡單的虛擬機實現可以選擇在這個區域不實現垃圾回收。Java虛擬機規范也不限定實現方法區的內存位置和編譯代碼的管理策略。方法區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，並不在過多空間時自動收縮。方法區在實際內存空間 中可以是不連續的。
根據 Java 虛擬機規范的規定，當方法區無法滿足內存分配需求時，將拋出 OutOfMemoryError 異常。
運行時常量池
運行時常量池是方法區的一部分，用於存放編譯期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中存放。一般來說，除了保存Class文件中描述的符號引用外，還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行時常量池中。
運行時常量池相對於 Class 文件常量池的另一個重要特征是具備動態性，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便是 String 類的 intern() 方法。
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。
參考資料：
《深入理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐》
《Java虛擬機規范（Java SE 7）》
