一、java虚拟机运行时数据取
1、程序计数器（Program Counter Register）
程序计数器是一块较小的内存，他可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。由于java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个时刻，一个处理器一个内核只会执行一条线程中的指令。因此每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，这类内存为“线程私有”内存。
2、Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)
Java虚拟机栈也是线程私有的，生命周期与线程相同。其描述的是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。
3、本地方法栈（Native Method Stack）
与虚拟机栈很相似，区别：虚拟机栈为虚拟机执行java方法服务，本地方法栈是为虚拟机使用到的Native方法服务。
4、Java堆
Java堆（Java Heap）是java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。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细一点的有：Eden空间，From Survivor空间，To Survivor空间等。
5、方法区（Method Area）
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消息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
6、运行时常量池（Runtime Constant Pool）
这是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有是常量池（Constant Pool Table），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。
7、直接内存（Direct Memory）
本机物理机内存。
二、探讨HotSpot虚拟机在Java堆中对象分配、布局和访问的过程
1、对象的创建
Object obj=new Object();
jvm遇到一条new指令时，首先会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，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，那么必须先执行相应的类加载过程。
在类加载检查通过后，接下来jvm将为新生对象分配内存，并且对象所需的内存已经确定了。如果java堆中内存是绝对规整的，则用“指针碰撞”分配方式。如果java堆中的内存并不是绝对规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，jvm就必须维护一个列表，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规划给对象实例，并更新列表上的记录。这种分配方式叫“空闲列表”。java堆是否规整决定了内存的分配方式，而java堆规整与否，由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定的。使用Serial、ParNew 等带Compact过程的收集器时，系统采用指针碰撞分配，而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，通常采用空闲列表。
分配空间之外，我们还应该考虑是否线程安全，而jvm有两种解决方案，一种是对分配内存空间的动作进行同步处理---实际上jvm采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)
内存分配完后，虚拟机需要将分配到内存空间都初始化为零值。
以上工作都完成之后，从jvm的视角来看，一个新的对象已经产生了，但是从java来看，对象创建才刚刚开始，----方法还没有执行,所有的字段都为零。执行完init方法后，这样一个真正的对象才算完全产生出来。
2、对象的内存布局
在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
HotSpot虚拟机的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（HashCode），GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
实例数据部分是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。
第三部分对其填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。
3、 对象的访问定位
java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。
1、句柄访问，java堆中将会规划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。如图：
2、指针访问，java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。如图：
三、OutOfMemoryError异常
1、Java堆异常
Java用于存储对象实例。
通过参数 --XX：+HeapDumpOnOutOfMemoryError，异常时可以Dump出当前内存堆转储快照以便分析。-Xms20m:设置java堆最小内存， -Xmx20m：设置Java堆最大内存
eg：
/**
* VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
**/
public class HeapOOM{
static class OOMObject{
}
public static void main(){
List list =new ArrayList();
while(true){
list.add(new OOMObject());
}
}
}
2、虚拟机栈和本地方法栈溢出
-Xss 参数控制栈内存的大小，eg：-Xss128k。结果抛出StackOverFlowError异常。
3、方法区和运行时常量池溢出
可以通过 -XX:PermSize和 -XX:MaxPermSize，限制方法区大小。
eg：
-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
4、本机直接内存溢出
DirectMemory容量可以通过 -XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx指定）一样。
本文来自于《深入Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》---周志明。如果侵权，请联系作者删除。