根据《Java虚拟机规范》的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域。
1. 程序计数器
程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。这类内存区域是线程私有的内存。
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
虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
2.1 局部变量表
局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型（boolean, byte, char, short, int, float, long, double）、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽（Slot）来表示，其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的。在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。这里说的“大小”是指变量槽的数量。
在《Java虚拟机规范》中，对这个内存区域规定了两类异常情况：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Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
HotSpot虚拟机的栈容量是不可以动态扩展的，所以在HotSpot虚拟机上是不会由于虚拟机栈无法扩展而导致
OutOfMemoryError异常——只要线程申请栈空间成功了就不会有OOM，但是如果申请时失败，仍然会出现OOM异常。
3. 本地方法栈
本地方法栈为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
HotSpot虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
4. Java堆
对于Java应用程序来说，Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块区域，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，Java世界里几乎“所有”的对象实例都在这里分配内存。在《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：“所有的对象实例以及数组都应当在堆上分配”。
Java堆是垃圾收集器管理的内存区域。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该被视为连续的。
Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是扩展的（通过参数-Xmx和-Xms设定）。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。
5. 方法区
方法区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型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。到了JDK8，完全废弃了永久代的概念，改用在本地内存（Native Memory）中实现的元空间（Meta Space）来代替，主要存放类型信息等数据。
这个区域的垃圾回收目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载。
根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
5.1 运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分，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表（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是说，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。
当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
6. 直接内存
直接内存（Direct Memory）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。
在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（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堆里面的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，则肯定还是会受到本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
