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本文將引見Java虛擬機的根本構造，各組成局部的作用，以及互相之間是如何協調的。而要理解這些，首先必需理解Java堆、Java棧、永世區和元數據區的根本概念。
類加載子零碎擔任從文件零碎或許網絡中加載Class信息，加載的類信息放在一塊稱為辦法區的內存空間。除了類的信息外，辦法區中還會寄存運轉時常量池的信息，包括字符串字面量和數字常量(這局部常量信息是class文件中常量池局部的內存映射)。
順序計數器(Program Counter Register)是一塊較小的內存空間，他可以看做是以後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(僅是概念模型，各種虛擬機能夠會經過一些更高效的方式去完成)，字節碼解釋器任務時就說經過改動這個計數器的值來選取下一條需求執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處置、線程恢復等根底功用都需求依賴這個計數器來完成。
由於Java虛擬機的多線程是經過線程輪番切換並分配處置器執行時間的方式來完成的，在任何一個確定的時辰，一個處置器(關於多核處置器來說是一個內核)都只會執行一條線程中的指令。因而，為了線程切換後能恢復到正確的執行地位，每條線程都需求一個獨立的順序計數器，各條線程之間計數器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內存區域為“線程公有”的內存。
假如線程正在執行的是一個Java辦法，這個計數器記載的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址：假如正在執行的是Native辦法，這個計數器值則為空(Undefined)。此內存區域是獨一一個在Java虛擬機標准中沒有規則任何OutOfMemoryError狀況的區域。
Java虛擬機棧(Java Virtual Machine Stacks)也是線程公有的，它的生命周期與線程相反。虛擬機棧描繪的是Java辦法執行的內存模型：每個辦法在執行的同時都會創立一個棧幀(Stack Frame)用於存儲部分變量表、操作數棧、靜態鏈接、辦法出口等信息。每一個辦法從調用直至執行完成，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的進程。
部分變量表寄存了編譯器可知的各種根本數據類型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、對象援用(reference類型，他不同等於對象自身，能夠是一個指向對象起始地址的援用指針，也能夠是指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關的地位)和returnAddress類型(指向了一條字節碼指令的地址)。
在Java虛擬機標准中，對這個區域規則了兩種異常狀況：假如線程懇求的棧深度大於虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverFlowError異常；假如虛擬機棧可以靜態擴展(以後大局部的Java虛擬機都可靜態擴展，只不過Java虛擬機標准中也允許固定長度的虛擬機棧)，假如擴展時無法請求到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError異常。
與虛擬機棧的作用類似，他們之間的區別是虛擬機棧為虛擬機執行Java辦法(也就是字節碼)服務，而本中央法棧則為虛擬機運用到的Native辦法服務。
Java堆(Java Heap)是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java堆是被一切線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時創立。此內存區域的獨一目的就是寄存對象實例，簡直一切的對象實例都在這裡分配內存。
Java堆是渣滓搜集器管理的次要區域，因而很多時分被稱為GC堆。由於如今搜集器根本都采用分代搜集算法，所以Java堆中還可以細分為：重生代和老年代；再細致一點的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。
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。
運轉時常量池是辦法區的一局部。Class文件中除了有類的版本、字段、辦法、接口等描繪信息外，還有一項信息是常量池，用於寄存編譯期生成的各種字面量和符號援用，這局部內容將在類加載後進入辦法區的運轉時常量池中寄存。
運轉時常量池絕對於Class文件常量池的另外一個重要特征是ju'bei具有靜態性，Java言語並不要求常量一定只要編譯期才干發生，也就是並非預置入Class文件中常量池的內容才干進入辦法區運轉時常量池，運轉時期也能夠將新的常量放入池中，這種特性被開發人員應用的比擬多的便是String類的intern()辦法。
直接內存並不是虛擬機運轉時數據區的一局部，也不是Java虛擬機標准中定義的內存區域。但是這局部內存也被頻繁的運用，而且也能夠招致OutOfMemoryError異常呈現。它直接在Java堆外、直接向零碎請求的內存空間。通常，訪問直接內存的速度會優於Java堆。因而，在讀寫頻繁的場所能夠會思索運用直接內存。由於直接內存在Java堆外，因而它的大小不會直承受限於Xmxd指定的最大堆大小，但是零碎內存是無限的，Java堆和直接內存的總和仍然受限於操作零碎能給出的最大內存。
在JDK 1.4中新參加了NIO類，引入了一種基於通道(Channel)與緩沖區(Buffer)的I/O方式，他可以運用Native函數庫直接分配堆外內存，然後經過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內存的援用停止操作。這樣能在一些場景中明顯進步功能，由於防止了在Java堆和Native堆中來回復制數據。
Java堆是和Java使用順序關系最為親密的內存空間，簡直一切的對象都寄存在堆中。並且Java堆是完全自動化管理的，經過渣滓回收機制，渣滓對象會被自動清算，而不需求顯式的釋放。
依據渣滓回收機制的不同，Java堆有能夠擁有不同的構造，最罕見的一種是將Java堆分為重生代和老年代。其中，重生代寄存重生對象或許年齡不大的對象，老年代寄存老年對象。重生代能夠分為eden區、s0區、s1區，s0和s1也被稱為from和to區域，他們是兩塊大小相等、可以互換角色的內存空間。
在絕大少數狀況下，對象首先分配在eden區，在一次重生代回收(Young GC)後，假如對象還存活，則會進入s0或s1，之後，沒經過一次Young GC，對象假如存活，他的年齡就會加1.當對象的年齡到達一定條件後，就會被以為是老年代，從而進入老年代。
Java棧是一塊線程公有的內存空間。假如說，Java堆和順序數據親密相關，那麼Java堆就是和線程執行親密相關的。線程執行的根本行為是函數調用，每次函數調用的數據都是經過Java棧傳遞的。
Java棧與數據構造上的棧有著相似的含義，他是一塊先進後出的數據構造，只支持出棧和入棧兩種操作。Java虛擬機提供了參數-Xss來指定線程的最大棧空間，這個參數也直接決議了函數調用的最大深度。
部分變量表是棧幀的重要組成局部之一。它用於保管函數的參數以及部分變量。部分變量表中的變量只在以後函數調用中無效，當函數調用完畢後，隨著函數棧幀的銷毀，部分變量表也會隨之銷毀。
由於部分變量表在棧幀之中，因而，假如函數的參數和部分變量較多，會使得部分變量表收縮，從而每一次函數調用就會占用更多的棧空間，最終招致函數的嵌套調用次數增加。
部分變量表中的變量也是重要的渣滓回收根節點，只需被部分變量表中直接或直接援用的對象是不會被回收的。因而，了解部分變量表對了解渣滓回收也有一定的協助。
可以運用參數-XX:+PrintGC，在輸入的日志中，可以看到渣滓回收前後堆的大小。
它次要用於保管計算進程的兩頭後果，同時作為計算進程中變量暫時的存儲空間。
大局部Java字節碼指令需求停止常量池訪問，在幀數據區中保管著訪問變量池的指針，方便順序訪問常量池。同時異常處置表也是幀數據區中重要的一局部。
棧上分配是Java虛擬機提供的一項優化技術，他的根本思想是，關於那些線程公有的對象(這裡指不能夠被其他線程訪問的對象)，可以將他們打散分配在棧上，而不是分配在堆上。分配在棧上的益處是可以在函數調用完畢後自行銷毀，而不需求渣滓回收器的介入，從而進步零碎的功能。
棧上分配的一個技術根底是停止逃逸剖析。逃逸剖析的目的是判別對象的作用域能否有能夠逃逸出函數體。
關於少量的零散小對象，棧上分配提供了一種很好的對象分配優化戰略，棧上分配速度快，並且可以無效防止渣滓回收帶來的負面影響，但由於和堆空間相比，棧空間較小，因而關於大對象也不合適在棧上分配。
辦法區是一塊一切線程共享的內存區域，用於保管零碎的類信息，比方類的字段、辦法、常量池等。辦法去的大小決議了零碎可以保管多少類，假如零碎定義了太多的類，招致辦法區溢出，虛擬機異樣會拋出內存溢出錯誤。
在JDK 1.6、JDK 1.7中，辦法區可以了解為永世區(Perm)。永世區可以用參數-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize指定，默許狀況下，-XX:MaxPermSize為64M。一個大的永世區可以保管更多的類信息。假如零碎運用了一些靜態代理，那麼有能夠會在運轉時發生少量的類，假如這樣，就需求設置一個合理的永世區大小，確保不發作永世區內存溢出。
在JDK 1.8中，永世區曾經被徹底移除。取而代之的是元數據區，元數據區大小可以用參數-XX:MaxMetaspaceSize指定(一個大的元數據區可以使零碎支持更多的類)，這是一塊堆外的直接內存。與永世區不同，假如不指定大小，默許狀況下，虛擬時機耗盡一切的可用零碎內存。
