首先Java源代码文件(.java后缀)会被Java编译器编译为字节码文件(.class后缀)，然后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件，加载完毕之后，交由JVM执行引擎执行。在整个程序执行过程中，JVM会用一段空间来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息，这段空间一般被称作为Runtime Data Area（运行时数据区），也就是我们常说的JVM内存。
运行时数据区
1.程序计数器
程序计数器（Program Counter Register），也有称作为PC寄存器。它保存的是程序当前将要执行的指令的地址（也可以说保存下一条指令的所在存储单元的地址），当CPU需要执行指令时，需要从程序计数器中得到当前需要执行的指令所在存储单元的地址，然后根据得到的地址获取到指令，在得到指令之后，程序计数器便自动加1或者根据转移指针得到下一条指令的地址，如此循环，直至执行完所有的指令。
由于在JVM中，多线程是通过线程轮流切换来获得CPU执行时间的，因此，在任一具体时刻，一个CPU的内核只会执行一条线程中的指令，因此，为了能够使得每个线程都在线程切换后能够恢复在切换之前的程序执行位置，每个线程都需要有自己独立的程序计数器，并且不能互相被干扰，否则就会影响到程序的正常执行次序。因此，可以这么说，程序计数器是每个线程所私有的。
在JVM规范中规定，如果线程执行的是非native方法，则程序计数器中保存的是当前需要执行的指令的地址；如果线程执行的是native方法，则程序计数器中的值是undefined。
由于程序计数器中存储的数据所占空间的大小不会随程序的执行而发生改变，因此，对于程序计数器是不会发生内存溢出现象(OutOfMemory)的。
2.Java栈
Java栈也称作虚拟机栈（Java Vitual Machine Stack），也就是我们常常所说的栈，跟C语言的数据段中的栈类似。事实上，Java栈是Java方法执行的内存模型。
Java栈中存放的是一个个栈帧，每一个栈帧对应一个被调用的方法，在栈帧中包括有局部变量表(Local Variables)、操作数栈(Operand Stack)、指向当前方法所属的类的运行时常量池（运行时常量池的概念在方法区部分会谈到）的引用(Reference to runtime constant pool)、方法返回地址(Return Address)和一些额外的附加信息。
局部变量，用来存储方法中的局部变量（包括在方法中定义的非静态常量和函数形参）。对于基本数据类型的变量，直接存储的它的值，对于引用类型的变量，则存储的指向对象的引用。局部变量表的大小在编译器就可以确定其大小了，因此在程序执行期间局部变量表的大小是不会改变的。
指向运行时常量池的引用，因为在方法执行的过程中有可能需要用到类中的常量，所以必须要有一个引用指向运行时常量。
方法返回地址，当一个方法执行完毕之后，要返回之前调用它的地方，因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址。
由于每个线程正在执行的方法可能不同，因此每个线程都会有一个自己的Java栈，互不干扰。
总结：
1、线程私有，生命周期与线程相同;
j2、ava方法执行的内存模型，每个方法执行的同时都会创建一个栈帧，存储局部变量表(基本类型、对象引用)、操作数栈、动态链接、方法出口等信息;
3、StackOverflowError异常：当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度;
4、OutOfMemoryError异常：如果栈的扩展时无法申请到足够的内存。
3.本地方法栈
本地方法栈与Java栈的作用和原理非常相似。区别只不过是Java栈是为执行Java方法服务的，而本地方法栈则是为执行本地方法（Native Method）服务的。在JVM规范中，并没有对本地方发展的具体实现方法以及数据结构作强制规定，虚拟机可以自由实现它。在HotSopt虚拟机中直接就把本地方法栈和Java栈合二为一。
4.堆
Java中的堆是用来存储对象本身的以及数组（当然，数组引用是存放在Java栈中的）。在Java中，程序员基本不用去关心空间释放的问题，Java的垃圾回收机制会自动进行处理。因此这部分空间也是Java垃圾收集器管理的主要区域。
大多数应用，堆都是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，它在虚拟机启动时创建，此内存唯一的目的就是存放对象实例。由于现在垃圾收集器采用的基本都是分代收集算法，所以堆还可以细分为新生代和老年代，再细致一点还有Eden区、From Survivior区、To Survivor区。
另外，堆是被所有线程共享的，在JVM中只有一个堆。
总结：
1、可以通过-Xmx和-Xms控制堆的大小;
2、OutOfMemoryError异常：当在堆中没有内存完成实例分配，且堆也无法再扩展时。
5.方法区
方法区域存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息。当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域，同时方法区域也是所有线程共享的，在一定的条件下它也会被GC，当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。
总结：
1、线程间共享;
2、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;
3、OutOfMemoryError异常：当方法区无法满足内存的分配需求时。
6.运行时常量池
上面的图中没有画出来，因为它是方法区的一部分。存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间从方法区域中分配。在类和接口被加载到JVM后，对应的运行时常量池就被创建出来。当然并非Class文件常量池中的内容才能进入运行时常量池，在运行期间也可将新的常量放入运行时常量池中。用于存放编译期间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，另外翻译出来的直接引用也会存储在这个区域中。这个区域另外一个特点就是动态性，Java并不要求常量就一定要在编译期间才能产生，运行期间也可以在这个区域放入新的内容，String.intern()方法就是这个特性的应用。
总结：
方法区的一部分;
用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用;
OutOfMemoryError异常：当常量池无法再申请到内存时。
7、直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是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，而且也可能导致内存溢出问题。JDK1.4中新增加了NIO，引入了一种基于通道与缓冲区的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。显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，肯定还是会受到本机总内存（包括RAM、SWAP区）大小以及处理器寻址空间的限制。
总结：
NIO可以使用Native函数库直接分配堆外内存，堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作;
大小不受Java堆大小的限制，受本机(服务器)内存限制;
OutOfMemoryError异常：系统内存不足时。