虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干不同的数据区，这些区域有各自的用途、创建和销毁时间。
线程私有：程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈。
线程共享：Java 堆、方法区。
程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作当前线程所执行字节码的行号指示器。字节码解释器工作时通过改变计数器的值选取下一条执行指令。分支、循环、跳转、线程恢复等功能都需要依赖计数器完成。是唯一在虚拟机规范中没有规定内存溢出情况的区域。
如果线程正在执行 Java 方法，计数器记录正在执行的虚拟机字节码指令地址。如果是本地方法，计数器值为 Undefined。
Java 虚拟机栈来描述 Java 方法的内存模型。每当有新线程创建时就会分配一个栈空间，线程结束后栈空间被回收，栈与线程拥有相同的生命周期。栈中元素用于支持虚拟机进行方法调用，每个方法在执行时都会创建一个栈帧存储方法的局部变量表、操作栈、动态链接和方法出口等信息。每个方法从调用到执行完成，就是栈帧从入栈到出栈的过程。
有两类异常：① 线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度抛出 StackOverflowError。② 如果 JVM 栈容量可以动态扩展，栈扩展无法申请足够内存抛出 OutOfMemoryError（HotSpot 不可动态扩展，不存在此问题）。
本地方法栈与虚拟机栈作用相似，不同的是虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法服务，本地方法栈为虚本地方法服务。调用本地方法时虚拟机栈保持不变，动态链接并直接调用指定本地方法。
虚拟机规范对本地方法栈中方法的语言与数据结构无强制规定，虚拟机可自由实现，例如 HotSpot 将虚拟机栈和本地方法栈合二为一。
本地方法栈在栈深度异常和栈扩展失败时分别抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。