程式計數器（Program Counter Register）是一塊較小的記憶體空間，它可以看做是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型里（僅是概念模型，各種虛擬機可以會通過一些更高效的方式去實現），位元組碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令、分支、循環、跳轉、異常處理、執行緒恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。

 

由於Java虛擬機的多執行緒是通過執行緒輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時候，一個處理器（對於多核處理器來說是一個內核）都只會執行一條執行緒中的指令。因此，為了執行緒切換後能恢復到正確的位置，每條執行緒都需要一個獨立的程式計數器。各條執行緒之間計數器互不影響，獨立存儲，我們稱這類記憶體區域為「執行緒私有」的記憶體。

 

如果執行緒正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機位元組碼指令的地址；如果正在執行的是Native方法，這個計數器值則為空（Undefined）。此記憶體區域是唯一一個在Java虛擬機規範中沒有任何OutOfMemoryError情況的區域。

 

 

 

 

與程式計數器一樣，Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）也是執行緒私有的，它的生命周期與執行緒相同。虛擬機棧描述的是Java方法執行的記憶體模型，每個Java方法在執行的同時都會創建一個棧幀（Stack Frame）用於存儲局部變數表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等資訊。每一個方法從調用直至執行完成的過程，就對應這一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

 

我們所講的棧就是現在講的虛擬機棧，或者說是虛擬機棧中局部變數表部分。局部變數表存放了編譯器可知的各種基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型，它不等同於對象本身，可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能是執行一個代表對象的句柄或其他與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條位元組碼指令的地址）。

 

64位長度的long和double類型的數據會佔用2個局部變數空間（Slot），其餘的數據類型只佔用1個。局部變數表所需的記憶體空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要的幀中分配多大的局部變數空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變數表的大小。

 

在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常情況：如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機棧可以動態擴展，如果擴展時無法申請到足夠的記憶體，就會拋出OutMemoryError異常。

 

 

從記憶體分配的角度來看，執行緒共享的Java堆中可能劃分出多個執行緒私有的分配緩衝區，不過無論如何劃分，都與存放內容無關，無論哪個區域，存儲的都仍然是對象實例，進一步劃分的目的是為了更好的回收記憶體，或者更快的分配記憶體。

 

根據Java虛擬機的規範的規定，Java堆可以處於物理上不連續的記憶體空間中，只要邏輯上是連續的即可，就像我們的磁碟空間一樣，在實現時，既可以實現成固定大小的，也可以是擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現的（通過-Xmx和Xms控制），如果在堆中沒有記憶體完成實例分配，並且堆也無法再擴展時，將會拋出OutofMemoryError異常。