Java虚拟机管理的内存区域包括方法区、堆、程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈等。其中，方法区和堆是线程共享区，其他区域则是线程私有的。程序计数器是一个较小的内存区域，用于存放当前线程执行字节码的行号指示器，提供分支、循环等操作支持。当方法调用完成，栈帧会从栈中弹出。
虚拟机栈和本地方法栈都是线程私有的，生命周期与线程相同，用于存储局部变量表、操作栈等信息。虚拟机栈的深度可以通过参数调整，过大或过小都会产生异常。方法区存储类信息、常量、静态变量等，当无法满足分配时，也会抛出OutOfMemoryError。堆是Java虚拟机中最大的一块内存区域，用于存放对象实例，当无法再扩展时同样会抛出OutOfMemoryError。
运行时常量池是方法区的一部分，存放字面量和符号引用，具有动态性。直接内存则与NIO类相关，通过反射获取Unsafe实例，使用allocateMemory()分配内存。若分配失败，将抛出OutOfMemoryError。
内存区域的异常处理涉及调整虚拟机参数、生成内存快照等步骤。例如，调整堆内存大小(-Xms、-Xmx)、调整栈大小(-Xss)、限制方法区大小(-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize)等。
垃圾收集器包括Serial、ParNew、ParallelScavenge、SerialOld、ParallelOld和CMS等。其中，Serial和SerialOld是单线程收集器，ParNew和ParallelScavenge是多线程收集器。CMS是以最短停顿时间为目标的收集器，使用标记-清除算法。
标记-清除算法分为标记和清理两个阶段，效率和空间利用率不高。复制算法将内存划分为 Eden 和两个 Survivor 区，效率在高存活率对象时下降。标记-整理算法标记后直接整理内存，避免空间碎片。
分代收集算法根据对象存活周期将内存划分为新生代和老年代，采用不同的收集策略。Serial、ParNew、ParallelScavenge用于新生代，SerialOld和ParallelOld用于老年代，CMS用于老年代。
总结而言，Java内存管理涉及多个数据区域及其异常处理，垃圾收集器的选择与配置需要根据具体应用需求进行调整。了解各种算法的特点有助于更好地优化Java程序的内存使用。
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