1. 程式計數器
程式計數器（Program Counter Register）是一塊較小的記憶體空間，它可以看做是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。在虛擬機器的概念模型裡（僅是概念模型，各種虛擬機器可能會通過一些更高效的方式去實現），位元組碼直譯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位元組碼指令、分支、迴圈、跳轉、異常處理、執行緒恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。

由於Java虛擬機器的多執行緒是通過執行緒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，一個處理器都只會執行一條執行緒中的指令。因此，為了執行緒切換後能恢復到正確的執行位置，每條執行緒都需要有一個獨立的程式計數器，各個執行緒之間計數器互不影響，獨立儲存。

如果執行緒正在執行的是一個Java方法，那這個計數器記錄的是正在執行的位元組碼指令的地址；如果正在執行的是Native方法，這個計數器值則為空（undefined）。此記憶體區域是唯一一個在Java虛擬機器規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。

程式計數器是執行緒私有的，它的生命週期與執行緒相同（隨執行緒而生，隨執行緒而滅）。

2. Java虛擬機器棧
虛擬機器棧（Java Virtual Machine Stack）描述的是Java方法執行的記憶體模型：每個方法被執行的同時都會建立一個棧幀（Stack Frame）用於儲存區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口等資訊。每一個方法從被呼叫直至執行完成的過程就對應著一個棧幀在虛擬機器棧中從入棧到出棧的過程。

在Java虛擬機器規範中，對這個區域規定了兩種異常情況：

• 如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度，將丟擲StackOverflowError異常；
• 如果虛擬機器棧可以動態擴充套件（當前大部分的Java虛擬機器都可以擴充套件），如果擴充套件時無法申請到足夠的記憶體，就會丟擲OutOfMemoryError異常。

3. 本地方法區
本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機器棧所發揮的作用是非常類似，它們之間的區別在於虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法服務，而本地方法棧則是為虛擬機器使用到的Native方法服務。在虛擬機器規範中對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式與資料結構並沒有強制規定，因此具體的虛擬機器可以自由的實現它。 與虛擬機器棧一樣，本地方法棧區域也會丟擲StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。 與虛擬機器棧一樣，本地方法棧也是執行緒私有的。

4. java堆
對於大多數應用來說，Java 堆（Java Heap）是Java虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊。Java 堆是被所有執行緒共享的一塊記憶體區域，在虛擬機器啟動的是建立。此記憶體區域的唯一目的就是存放物件例項，幾乎所有的物件例項以及陣列都要在這裡分配記憶體。

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”（Garbage Collected Heap）。從記憶體回收的角度來看，由於現在收集器基本都採用分代收集演算法，所以Java堆還可以細分為：新生代和老年代；新生代又可以分為：Eden 空間、From Survivor空間、To Survivor空間。

根據Java虛擬機器規範的規定，Java堆可以處於物理上不連續的記憶體空間中，只要邏輯上是連續的即可，就像我們的磁碟空間一樣。在實現時，既可以實現成固定大小的，也可以是可擴充套件的，不過當前主流的虛擬機器都是按照可擴充套件來實現的（通過-Xms和-Xmx控制）。如果在堆中沒有記憶體完成例項的分配，並且堆也無法再擴充套件時，將會丟擲OutOfMemoryError異常。

5. 方法區
方法區（Method Area）和Java堆一樣，是各個執行緒共享的記憶體區域，它用於存放已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、JIT編譯後的程式碼等資料。方法區在虛擬機器啟動的時候建立。

Java虛擬機器規範對方法區的限制非常寬鬆，除了和堆一樣不需要不連續的記憶體空間和可以固定大小或者可擴充套件外，還可以選擇不實現垃圾收集。

根據Java虛擬機器規範的規定，如果方法區的記憶體空間不能滿足記憶體分配需要時，將丟擲OutOfMemoryError異常。

6. 執行時常量池
執行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分。Class檔案中除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類載入後進入方法區的執行時常量池中存放。

7. 直接記憶體
直接記憶體（Direct Memory）並不是虛擬機器執行時資料區的一部分，也不是Java虛擬機器規範中定義的記憶體區域。但是這部分記憶體也被頻繁使用，而且也可能導致OutOfMemoryError異常出現。

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方法，它可以使用Native函式庫直接分配堆外記憶體，然後通過一個儲存在Java堆中DirectByteBuffer物件作為這塊記憶體的引用進行操作。這樣能在一些場景中顯著提高效能，因為避免了在Java堆和Native堆中來回複製資料。