运行时数据区域
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。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。
1.程序计数器
程序计数器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。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要由一个独立的程序计数器。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的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（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情况的区域。
2.Java虚拟机栈
Java虚拟机栈也是线程私有的，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。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。64位长度的long和double占用两个局部变量空间（Slot），其余的占用1个。
如果线程请求的栈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，扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。
3.本地方法栈
与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。抛出的异常也相同。
4.Java堆
Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是所有线程所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（并不绝对）。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，为了更好的回收内存或者更快地分配内存，可以进一步划分，Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。既可以固定大小，也可以可扩展。若果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
5.方法区
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。HotSpot虚拟机的设计团队把GC分代收集扩展至方法区，或者说是使用永久代来实现方法区。然而使用永久代实现方法区，更容易遇到内存溢出问题（永久代有 -XX：MaxPermSize的上限），所以在JDK1.7的HotSpot中，已经把原本放在永久代的字符串常量池移出。Java虚拟机规范堆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和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，而且难以令人满意，但是这部分区域的回收还是必要的，回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。
当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
6.运行时常量池（Runtime Constant Pool）
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，用于存放编译期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，除了符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。运行时常量池具备动态性，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的比较多的边是String类的intern（）方法。
既然运行时常量池是方法区的一部分，自然收到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
7.直接内存
直接内存并不是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OutOfMemoryError异常。
在JDK1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于Channel与Buffer的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
HotSpot虚拟机在Java堆中对象分配、布局和访问
1.对象的创建
虚拟机遇到一条new指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化果。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。在类加载检查通过后，虚拟机将为新生对象分配内存。分配方式有两种，取决于垃圾收集器是否带有压缩整理功能：
- 指针碰撞：Java堆中的内存是绝对规整的，分配内存仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。（Serial，ParNew）
- 空闲列表：Java堆中的内存并不规整，已使用的内存和空闲的内存相互交错，虚拟机维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。（CMS）
保证并发情况下线程安全，一种是对分配内存空间的动作进行同步处理-实际上虚拟机啊采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；另一种每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB）。哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。
内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值。接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息等。
执行完new指令后，所有的字段都还为零，所以会接着执行<init>方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化。
2.对象的内存布局
- 对象头:包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码，GC分代年龄等；另一部分是类型指针，并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针。
- 实例数据：对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。
- 对齐填充：并不是必然存在的，仅仅起着占位符的作用。
3.对象的访问定位
通过句柄访问
通过直接指针访问
这两种对象访问方式各有优势，使用句柄访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改；使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快。