JVM 定义了在执行程序期间使用的各种运行时数据区。其中一些数据区的生命周期与JVM 相同 ，其他数据区域是每个线程拥有一个，其生命周期与线程的生命周期相同。
1、程序计数器（The pc Register）
JVM 可以支持多线程同时运行。每个 JVM 线程都有一个 pc（程序计数器）寄存器。在任何时候，每个 JVM 线程正在执行一个方法的代码，即该线程的当前方法(§2.6)。如果该方法不是 native 的，则 pc 寄存器包含当前正在执行的 JVM 指令的地址。如果当前由线程执行的方法是 native 的，pc寄存器的值是空。pc 寄存器存储空间最少需要保存一个 returnAddress 或与平台相关的本地指针的值。
returnAddress 类型由 JVM 的 jsr、ret 、jsr_w 指令使用。 returnAddress 类型的值是 JVM 指令操作码的指针。与原始数字类型不同，returnAddress 类型与任何 Java 编程类型都不同，且不能被正在运行的程序修改。
2、堆（Heap）
JVM 有一个在所有 JVM 线程之间共享的堆（heap）。堆是运行时数据区域，从中分配所有类实例和数组的内存。
堆在 JVM 启动时创建。垃圾回收器（garbage collector）回收对象的堆存储空间；对象永远不会被显示地释放。JVM 假定没有特定类型的垃圾回收器，可以根据实现者的系统要求选择垃圾回收策略。堆大小可以固定也可以动态扩展，如果不需要较大的堆，则堆可以收缩。堆的内存不需要是连续的。
JVM 为程序员或用户提供了可以设置初始化堆大小的参数。如果想要动态扩大或缩小堆，则可以设定最大和最小堆大小（heap size）。
以下特殊情况与堆有关：
- 若程序所需的堆大小超出设定的最大值，则 JVM 将抛出 OutOfMemoryError。
3、栈（Stacks）
每个 JVM 线程都有一个专用的 JVM 堆栈，在线程创建时创建。 JVM 堆栈存储的数据为帧（frames）。 JVM 堆栈类似于常规语言的堆栈，例如C：它保存局部变量和部分结果，并在方法调用和返回中起作用。因为除了push 和 pop 帧之外，JVM 堆栈不会被直接操作，所以可以在堆中分配帧。JVM 堆栈的内存不需要是连续的。
在Java® 虚拟机规范的第一版中，Java虚拟机堆栈被称为Java堆栈。
允许 JVM 堆栈大小固定或根据需要动态扩展和收缩。如果 JVM 堆栈具有固定的大小，则可以在创建堆栈时单独选择每个 JVM 堆栈的大小。
JVM 为程序员和用户提供了可以控制初始 JVM 堆栈大小的参数。若想动态扩展或收缩 JVM 堆栈大小，可以通过设定最大和最小堆栈大小来实现。
以下特殊情况与 JVM 堆栈有关：
- 如果线程执行过程中需要的堆栈大小超出了设定的最大值，则 JVM 机将抛出 StackOverflowError。
- 如果 JVM 堆栈可以动态扩展，并且尝试扩展，但是可用内存不足，或如果可用内存不足以为新线程创建初始 JVM 堆栈，则JVM 抛出 OutOfMemoryError。
