src/main/gov/nasa/jpf/listener/DPORStateReducerEfficient.java

   1 /*
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  16  * limitations under the License.
  17  */
  18 package gov.nasa.jpf.listener;
  19
  20 import gov.nasa.jpf.Config;
  21 import gov.nasa.jpf.JPF;
  22 import gov.nasa.jpf.ListenerAdapter;
  23 import gov.nasa.jpf.jvm.bytecode.INVOKEINTERFACE;
  24 import gov.nasa.jpf.jvm.bytecode.JVMFieldInstruction;
  25 import gov.nasa.jpf.search.Search;
  26 import gov.nasa.jpf.vm.*;
  27 import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.ReadInstruction;
  28 import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.WriteInstruction;
  29 import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntChoiceFromSet;
  30 import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntIntervalGenerator;
  31
  32 import java.io.FileWriter;
  33 import java.io.IOException;
  34 import java.io.PrintWriter;
  35 import java.util.*;
  36 import java.util.logging.Logger;
  37
  38 /**
  39  * This a DPOR implementation for event-driven applications with loops that create cycles of state matching
  40  * In this new DPOR algorithm/implementation, each run is terminated iff:
  41  * - we find a state that matches a state in a previous run, or
  42  * - we have a matched state in the current run that consists of cycles that contain all choices/events.
  43  */
  44 public class DPORStateReducerEfficient extends ListenerAdapter {
  45
  46   // Information printout fields for verbose mode
  47   private boolean verboseMode;
  48   private boolean stateReductionMode;
  49   private final PrintWriter out;
  50   private PrintWriter fileWriter;
  51   private String detail;
  52   private int depth;
  53   private int id;
  54   private Transition transition;
  55
  56   // DPOR-related fields
  57   // Basic information
  58   private Integer[] choices;
  59   private Integer[] refChoices; // Second reference to a copy of choices (choices may be modified for fair scheduling)
  60   private int choiceCounter;
  61   private int maxEventChoice;
  62   // Data structure to track the events seen by each state to track cycles (containing all events) for termination
  63   private HashSet<Integer> currVisitedStates;   // States being visited in the current execution
  64   private HashSet<Integer> justVisitedStates;   // States just visited in the previous choice/event
  65   private HashSet<Integer> prevVisitedStates;   // States visited in the previous execution
  66   private HashSet<ClassInfo> nonRelevantClasses;// Class info objects of non-relevant classes
  67   private HashSet<FieldInfo> nonRelevantFields; // Field info objects of non-relevant fields
  68   private HashSet<FieldInfo> relevantFields;    // Field info objects of relevant fields
  69   private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> stateToEventMap;
  70   // Data structure to analyze field Read/Write accesses and conflicts
  71   private HashMap<Integer, LinkedList<BacktrackExecution>> backtrackMap;  // Track created backtracking points
  72   private PriorityQueue<Integer> backtrackStateQ;                 // Heap that returns the latest state
  73   private Execution currentExecution;                             // Holds the information about the current execution
  74   private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> doneBacktrackMap;    // Record state ID and trace already constructed
  75   private HashMap<Integer, RestorableVMState> restorableStateMap; // Maps state IDs to the restorable state object
  76   private RGraph rGraph;                                          // R-Graph for past executions
  77
  78   // Boolean states
  79   private boolean isBooleanCGFlipped;
  80   private boolean isEndOfExecution;
  81
  82   // Statistics
  83   private int numOfTransitions;
  84
  85   public DPORStateReducerEfficient(Config config, JPF jpf) {
  86     verboseMode = config.getBoolean("printout_state_transition", false);
  87     stateReductionMode = config.getBoolean("activate_state_reduction", true);
  88     if (verboseMode) {
  89       out = new PrintWriter(System.out, true);
  90     } else {
  91       out = null;
  92     }
  93     String outputFile = config.getString("file_output");
  94     if (!outputFile.isEmpty()) {
  95       try {
  96         fileWriter = new PrintWriter(new FileWriter(outputFile, true), true);
  97       } catch (IOException e) {
  98       }
  99     }
 100     isBooleanCGFlipped = false;
 101                 numOfTransitions = 0;
 102                 nonRelevantClasses = new HashSet<>();
 103                 nonRelevantFields = new HashSet<>();
 104                 relevantFields = new HashSet<>();
 105     restorableStateMap = new HashMap<>();
 106     initializeStatesVariables();
 107   }
 108
 109   @Override
 110   public void stateRestored(Search search) {
 111     if (verboseMode) {
 112       id = search.getStateId();
 113       depth = search.getDepth();
 114       transition = search.getTransition();
 115       detail = null;
 116       out.println("\n==> DEBUG: The state is restored to state with id: " + id + " -- Transition: " + transition +
 117               " and depth: " + depth + "\n");
 118     }
 119   }
 120
 121   @Override
 122   public void searchStarted(Search search) {
 123     if (verboseMode) {
 124       out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search started" + "\n");
 125     }
 126   }
 127
 128   @Override
 129   public void stateAdvanced(Search search) {
 130     if (verboseMode) {
 131       id = search.getStateId();
 132       depth = search.getDepth();
 133       transition = search.getTransition();
 134       if (search.isNewState()) {
 135         detail = "new";
 136       } else {
 137         detail = "visited";
 138       }
 139
 140       if (search.isEndState()) {
 141         out.println("\n==> DEBUG: This is the last state!\n");
 142         detail += " end";
 143       }
 144       out.println("\n==> DEBUG: The state is forwarded to state with id: " + id + " with depth: " + depth +
 145               " which is " + detail + " Transition: " + transition + "\n");
 146     }
 147     if (stateReductionMode) {
 148       updateStateInfo(search);
 149     }
 150   }
 151
 152   @Override
 153   public void stateBacktracked(Search search) {
 154     if (verboseMode) {
 155       id = search.getStateId();
 156       depth = search.getDepth();
 157       transition = search.getTransition();
 158       detail = null;
 159
 160       out.println("\n==> DEBUG: The state is backtracked to state with id: " + id + " -- Transition: " + transition +
 161               " and depth: " + depth + "\n");
 162     }
 163     if (stateReductionMode) {
 164       updateStateInfo(search);
 165     }
 166   }
 167
 168   static Logger log = JPF.getLogger("report");
 169
 170   @Override
 171   public void searchFinished(Search search) {
 172     if (verboseMode) {
 173       out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search finished");
 174       out.println("\n==> DEBUG: State reduction mode  : " + stateReductionMode);
 175       out.println("\n==> DEBUG: Number of transitions : " + numOfTransitions);
 176       out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search finished" + "\n");
 177
 178       fileWriter.println("==> DEBUG: State reduction mode  : " + stateReductionMode);
 179       fileWriter.println("==> DEBUG: Number of transitions : " + numOfTransitions);
 180       fileWriter.println();
 181       fileWriter.close();
 182     }
 183   }
 184
 185   @Override
 186   public void choiceGeneratorRegistered(VM vm, ChoiceGenerator<?> nextCG, ThreadInfo currentThread, Instruction executedInstruction) {
 187     if (stateReductionMode) {
 188       // Initialize with necessary information from the CG
 189       if (nextCG instanceof IntChoiceFromSet) {
 190         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) nextCG;
 191         // Tell JPF that we are performing DPOR
 192         icsCG.setDpor();
 193         if (!isEndOfExecution) {
 194           // Check if CG has been initialized, otherwise initialize it
 195           Integer[] cgChoices = icsCG.getAllChoices();
 196           // Record the events (from choices)
 197           if (choices == null) {
 198             choices = cgChoices;
 199             // Make a copy of choices as reference
 200             refChoices = copyChoices(choices);
 201             // Record the max event choice (the last element of the choice array)
 202             maxEventChoice = choices[choices.length - 1];
 203           }
 204           icsCG.setNewValues(choices);
 205           icsCG.reset();
 206           // Use a modulo since choiceCounter is going to keep increasing
 207           int choiceIndex = choiceCounter % choices.length;
 208           icsCG.advance(choices[choiceIndex]);
 209         } else {
 210           // Set done all CGs while transitioning to a new execution
 211           icsCG.setDone();
 212         }
 213       }
 214     }
 215   }
 216
 217   @Override
 218   public void choiceGeneratorAdvanced(VM vm, ChoiceGenerator<?> currentCG) {
 219     if (stateReductionMode) {
 220       // Check the boolean CG and if it is flipped, we are resetting the analysis
 221       if (currentCG instanceof BooleanChoiceGenerator) {
 222         if (!isBooleanCGFlipped) {
 223           isBooleanCGFlipped = true;
 224         } else {
 225           // Allocate new objects for data structure when the boolean is flipped from "false" to "true"
 226           initializeStatesVariables();
 227         }
 228       }
 229       // Check every choice generated and ensure fair scheduling!
 230       if (currentCG instanceof IntChoiceFromSet) {
 231         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) currentCG;
 232         // If this is a new CG then we need to update data structures
 233         resetStatesForNewExecution(icsCG, vm);
 234         // If we don't see a fair scheduling of events/choices then we have to enforce it
 235         ensureFairSchedulingAndSetupTransition(icsCG, vm);
 236         // Update backtrack set of an executed event (transition): one transition before this one
 237         updateBacktrackSet(currentExecution, choiceCounter - 1);
 238         // Explore the next backtrack point:
 239         // 1) if we have seen this state or this state contains cycles that involve all events, and
 240         // 2) after the current CG is advanced at least once
 241         if (terminateCurrentExecution() && choiceCounter > 0) {
 242           exploreNextBacktrackPoints(vm, icsCG);
 243         } else {
 244           numOfTransitions++;
 245         }
 246         // Map state to event
 247         mapStateToEvent(icsCG.getNextChoice());
 248         justVisitedStates.clear();
 249         choiceCounter++;
 250       }
 251     } else {
 252       numOfTransitions++;
 253     }
 254   }
 255
 256   @Override
 257   public void instructionExecuted(VM vm, ThreadInfo ti, Instruction nextInsn, Instruction executedInsn) {
 258     if (stateReductionMode) {
 259       if (!isEndOfExecution) {
 260         // Has to be initialized and a integer CG
 261         ChoiceGenerator<?> cg = vm.getChoiceGenerator();
 262         if (cg instanceof IntChoiceFromSet || cg instanceof IntIntervalGenerator) {
 263           int currentChoice = choiceCounter - 1;  // Accumulative choice w.r.t the current trace
 264           if (currentChoice < 0) { // If choice is -1 then skip
 265             return;
 266           }
 267           currentChoice = checkAndAdjustChoice(currentChoice, vm);
 268           // Record accesses from executed instructions
 269           if (executedInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
 270             // We don't care about libraries
 271             if (!isFieldExcluded(executedInsn)) {
 272               analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, currentChoice);
 273             }
 274           } else if (executedInsn instanceof INVOKEINTERFACE) {
 275             // Handle the read/write accesses that occur through iterators
 276             analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, ti, currentChoice);
 277           }
 278         }
 279       }
 280     }
 281   }
 282
 283
 284   // == HELPERS
 285
 286   // -- INNER CLASSES
 287
 288   // This class compactly stores backtrack execution:
 289   // 1) backtrack choice list, and
 290   // 2) first backtrack point (linking with predecessor execution)
 291   private class BacktrackExecution {
 292     private Integer[] choiceList;
 293     private TransitionEvent firstTransition;
 294
 295     public BacktrackExecution(Integer[] choList, TransitionEvent fTransition) {
 296       choiceList = choList;
 297       firstTransition = fTransition;
 298     }
 299
 300     public Integer[] getChoiceList() {
 301       return choiceList;
 302     }
 303
 304     public TransitionEvent getFirstTransition() {
 305       return firstTransition;
 306     }
 307   }
 308
 309   // This class stores a representation of an execution
 310   // TODO: We can modify this class to implement some optimization (e.g., clock-vector)
 311   // TODO: We basically need to keep track of:
 312   // TODO:    (1) last read/write access to each memory location
 313   // TODO:    (2) last state with two or more incoming events/transitions
 314   private class Execution {
 315     private HashMap<IntChoiceFromSet, Integer> cgToChoiceMap;   // Map between CG to choice numbers for O(1) access
 316     private ArrayList<TransitionEvent> executionTrace;          // The BacktrackPoint objects of this execution
 317     private boolean isNew;                                      // Track if this is the first time it is accessed
 318     private HashMap<Integer, ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;  // Record fields that are accessed
 319
 320     public Execution() {
 321       cgToChoiceMap = new HashMap<>();
 322       executionTrace = new ArrayList<>();
 323       isNew = true;
 324       readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
 325     }
 326
 327     public void addTransition(TransitionEvent newBacktrackPoint) {
 328       executionTrace.add(newBacktrackPoint);
 329     }
 330
 331     public void clearCGToChoiceMap() {
 332       cgToChoiceMap = null;
 333     }
 334
 335     public int getChoiceFromCG(IntChoiceFromSet icsCG) {
 336       return cgToChoiceMap.get(icsCG);
 337     }
 338
 339     public ArrayList<TransitionEvent> getExecutionTrace() {
 340       return executionTrace;
 341     }
 342
 343     public TransitionEvent getFirstTransition() {
 344       return executionTrace.get(0);
 345     }
 346
 347     public TransitionEvent getLastTransition() {
 348       return executionTrace.get(executionTrace.size() - 1);
 349     }
 350
 351     public HashMap<Integer, ReadWriteSet> getReadWriteFieldsMap() {
 352       return readWriteFieldsMap;
 353     }
 354
 355     public boolean isNew() {
 356       if (isNew) {
 357         // Right after this is accessed, it is no longer new
 358         isNew = false;
 359         return true;
 360       }
 361       return false;
 362     }
 363
 364     public void mapCGToChoice(IntChoiceFromSet icsCG, int choice) {
 365       cgToChoiceMap.put(icsCG, choice);
 366     }
 367   }
 368
 369   // This class compactly stores a predecessor
 370   // 1) a predecessor execution
 371   // 2) the predecessor choice in that predecessor execution
 372   private class Predecessor {
 373     private int choice;           // Predecessor choice
 374     private Execution execution;  // Predecessor execution
 375
 376     public Predecessor(int predChoice, Execution predExec) {
 377       choice = predChoice;
 378       execution = predExec;
 379     }
 380
 381     public int getChoice() {
 382       return choice;
 383     }
 384
 385     public Execution getExecution() {
 386       return execution;
 387     }
 388   }
 389
 390   // This class represents a R-Graph (in the paper it is a state transition graph R)
 391   // This implementation stores reachable transitions from and connects with past executions
 392   private class RGraph {
 393     private int hiStateId;                                     // Maximum state Id
 394     private HashMap<Integer, HashSet<TransitionEvent>> graph;  // Reachable transitions from past executions
 395     // TODO: THIS IS THE ACCESS SUMMARY
 396     private HashMap<Integer, HashMap<Integer, ReadWriteSet>> graphSummary;
 397     private HashMap<Integer, HashMap<Integer, TransitionEvent>> eventSummary;
 398
 399     public RGraph() {
 400       hiStateId = 0;
 401       graph = new HashMap<>();
 402       graphSummary = new HashMap<>();
 403       eventSummary = new HashMap<>();
 404     }
 405
 406     public void addReachableTransition(int stateId, TransitionEvent transition) {
 407       // Record transition into graph
 408       HashSet<TransitionEvent> transitionSet;
 409       if (graph.containsKey(stateId)) {
 410         transitionSet = graph.get(stateId);
 411       } else {
 412         transitionSet = new HashSet<>();
 413         graph.put(stateId, transitionSet);
 414       }
 415       // Insert into the set if it does not contain it yet
 416       if (!transitionSet.contains(transition)) {
 417         transitionSet.add(transition);
 418       }
 419       // Update highest state ID
 420       if (hiStateId < stateId) {
 421         hiStateId = stateId;
 422       }
 423     }
 424
 425     public HashSet<TransitionEvent> getReachableTransitionsAtState(int stateId) {
 426       if (!graph.containsKey(stateId)) {
 427         // This is a loop from a transition to itself, so just return the current transition
 428         HashSet<TransitionEvent> transitionSet = new HashSet<>();
 429         transitionSet.add(currentExecution.getLastTransition());
 430         return transitionSet;
 431       }
 432       return graph.get(stateId);
 433     }
 434
 435     public HashSet<TransitionEvent> getReachableTransitions(int stateId) {
 436       HashSet<TransitionEvent> reachableTransitions = new HashSet<>();
 437       // All transitions from states higher than the given state ID (until the highest state ID) are reachable
 438       for(int stId = stateId; stId <= hiStateId; stId++) {
 439         // We might encounter state IDs from the first round of Boolean CG
 440         // The second round of Boolean CG should consider these new states
 441         if (graph.containsKey(stId)) {
 442           reachableTransitions.addAll(graph.get(stId));
 443         }
 444       }
 445       return reachableTransitions;
 446     }
 447
 448     public HashMap<Integer, TransitionEvent> getReachableSummaryTransitions(int stateId) {
 449       return eventSummary.get(stateId);
 450     }
 451
 452     public HashMap<Integer, ReadWriteSet> getReachableSummaryRWSets(int stateId) {
 453       return graphSummary.get(stateId);
 454     }
 455
 456     private ReadWriteSet performUnion(ReadWriteSet recordedRWSet, ReadWriteSet rwSet) {
 457       // Combine the same write accesses and record in the recordedRWSet
 458       HashMap<String, Integer> recordedWriteMap = recordedRWSet.getWriteMap();
 459       HashMap<String, Integer> writeMap = rwSet.getWriteMap();
 460       for(Map.Entry<String, Integer> entry : recordedWriteMap.entrySet()) {
 461         String writeField = entry.getKey();
 462         // Remove the entry from rwSet if both field and object ID are the same
 463         if (writeMap.containsKey(writeField) &&
 464                 (writeMap.get(writeField) == recordedWriteMap.get(writeField))) {
 465           writeMap.remove(writeField);
 466         }
 467       }
 468       // Then add everything into the recorded map because these will be traversed
 469       recordedWriteMap.putAll(writeMap);
 470       // Combine the same read accesses and record in the recordedRWSet
 471       HashMap<String, Integer> recordedReadMap = recordedRWSet.getReadMap();
 472       HashMap<String, Integer> readMap = rwSet.getReadMap();
 473       for(Map.Entry<String, Integer> entry : recordedReadMap.entrySet()) {
 474         String readField = entry.getKey();
 475         // Remove the entry from rwSet if both field and object ID are the same
 476         if (readMap.containsKey(readField) &&
 477                 (readMap.get(readField) == recordedReadMap.get(readField))) {
 478           readMap.remove(readField);
 479         }
 480       }
 481       // Then add everything into the recorded map because these will be traversed
 482       recordedReadMap.putAll(readMap);
 483
 484       return rwSet;
 485     }
 486
 487     public ReadWriteSet recordTransitionSummary(int stateId, TransitionEvent transition, ReadWriteSet rwSet) {
 488       // Record transition into graphSummary
 489       // TransitionMap maps event (choice) number to a R/W set
 490       HashMap<Integer, ReadWriteSet> transitionMap;
 491       if (graphSummary.containsKey(stateId)) {
 492         transitionMap = graphSummary.get(stateId);
 493       } else {
 494         transitionMap = new HashMap<>();
 495         graphSummary.put(stateId, transitionMap);
 496       }
 497       int choice = transition.getChoice();
 498       ReadWriteSet recordedRWSet;
 499       // Insert transition into the map if we haven't had this event number recorded
 500       if (!transitionMap.containsKey(choice)) {
 501         recordedRWSet = rwSet.getCopy();
 502         transitionMap.put(choice, recordedRWSet);
 503         // Insert the actual TransitionEvent object into the map
 504         HashMap<Integer, TransitionEvent> eventMap = new HashMap<>();
 505         eventMap.put(choice, transition);
 506         eventSummary.put(stateId, eventMap);
 507       } else {
 508         recordedRWSet = transitionMap.get(choice);
 509         // Perform union and subtraction between the recorded and the given R/W sets
 510         rwSet = performUnion(recordedRWSet, rwSet);
 511       }
 512       return rwSet;
 513     }
 514   }
 515
 516   // This class compactly stores Read and Write field sets
 517   // We store the field name and its object ID
 518   // Sharing the same field means the same field name and object ID
 519   private class ReadWriteSet {
 520     private HashMap<String, Integer> readMap;
 521     private HashMap<String, Integer> writeMap;
 522
 523     public ReadWriteSet() {
 524       readMap = new HashMap<>();
 525       writeMap = new HashMap<>();
 526     }
 527
 528     public void addReadField(String field, int objectId) {
 529       readMap.put(field, objectId);
 530     }
 531
 532     public void addWriteField(String field, int objectId) {
 533       writeMap.put(field, objectId);
 534     }
 535
 536     public void removeReadField(String field) {
 537       readMap.remove(field);
 538     }
 539
 540     public void removeWriteField(String field) {
 541       writeMap.remove(field);
 542     }
 543
 544     public boolean isEmpty() {
 545       return readMap.isEmpty() && writeMap.isEmpty();
 546     }
 547
 548     public ReadWriteSet getCopy() {
 549       ReadWriteSet copyRWSet = new ReadWriteSet();
 550       // Copy the maps in the set into the new object copy
 551       copyRWSet.setReadMap(new HashMap<>(this.getReadMap()));
 552       copyRWSet.setWriteMap(new HashMap<>(this.getWriteMap()));
 553       return copyRWSet;
 554     }
 555
 556     public Set<String> getReadSet() {
 557       return readMap.keySet();
 558     }
 559
 560     public Set<String> getWriteSet() {
 561       return writeMap.keySet();
 562     }
 563
 564     public boolean readFieldExists(String field) {
 565       return readMap.containsKey(field);
 566     }
 567
 568     public boolean writeFieldExists(String field) {
 569       return writeMap.containsKey(field);
 570     }
 571
 572     public int readFieldObjectId(String field) {
 573       return readMap.get(field);
 574     }
 575
 576     public int writeFieldObjectId(String field) {
 577       return writeMap.get(field);
 578     }
 579
 580     private HashMap<String, Integer> getReadMap() {
 581       return readMap;
 582     }
 583
 584     private HashMap<String, Integer> getWriteMap() {
 585       return writeMap;
 586     }
 587
 588     private void setReadMap(HashMap<String, Integer> rMap) {
 589       readMap = rMap;
 590     }
 591
 592     private void setWriteMap(HashMap<String, Integer> wMap) {
 593       writeMap = wMap;
 594     }
 595   }
 596
 597   // This class compactly stores transitions:
 598   // 1) CG,
 599   // 2) state ID,
 600   // 3) choice,
 601   // 4) predecessors (for backward DFS).
 602   private class TransitionEvent {
 603     private int choice;                        // Choice chosen at this transition
 604     private int choiceCounter;                 // Choice counter at this transition
 605     private Execution execution;               // The execution where this transition belongs
 606     private HashSet<Predecessor> predecessors; // Maps incoming events/transitions (execution and choice)
 607     private int stateId;                       // State at this transition
 608     private IntChoiceFromSet transitionCG;     // CG at this transition
 609
 610     public TransitionEvent() {
 611       choice = 0;
 612       choiceCounter = 0;
 613       execution = null;
 614       predecessors = new HashSet<>();
 615       stateId = 0;
 616       transitionCG = null;
 617     }
 618
 619     public int getChoice() {
 620       return choice;
 621     }
 622
 623     public int getChoiceCounter() {
 624       return choiceCounter;
 625     }
 626
 627     public Execution getExecution() {
 628       return execution;
 629     }
 630
 631     public HashSet<Predecessor> getPredecessors() {
 632       return predecessors;
 633     }
 634
 635     public int getStateId() {
 636       return stateId;
 637     }
 638
 639     public IntChoiceFromSet getTransitionCG() { return transitionCG; }
 640
 641     public void recordPredecessor(Execution execution, int choice) {
 642       predecessors.add(new Predecessor(choice, execution));
 643     }
 644
 645     public void setChoice(int cho) {
 646       choice = cho;
 647     }
 648
 649     public void setChoiceCounter(int choCounter) {
 650       choiceCounter = choCounter;
 651     }
 652
 653     public void setExecution(Execution exec) {
 654       execution = exec;
 655     }
 656
 657     public void setPredecessors(HashSet<Predecessor> preds) {
 658       predecessors = new HashSet<>(preds);
 659     }
 660
 661     public void setStateId(int stId) {
 662       stateId = stId;
 663     }
 664
 665     public void setTransitionCG(IntChoiceFromSet cg) {
 666       transitionCG = cg;
 667     }
 668   }
 669
 670   // -- CONSTANTS
 671   private final static String DO_CALL_METHOD = "doCall";
 672   // We exclude fields that come from libraries (Java and Groovy), and also the infrastructure
 673   private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_CONTAINS_LIST = {"_closure"};
 674   private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_ENDS_WITH_LIST =
 675           // Groovy library created fields
 676           {"stMC", "callSiteArray", "metaClass", "staticClassInfo", "__constructor__",
 677           // Infrastructure
 678           "sendEvent", "Object", "reference", "location", "app", "state", "log", "functionList", "objectList",
 679           "eventList", "valueList", "settings", "printToConsole", "app1", "app2"};
 680   private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST =
 681           // Java and Groovy libraries
 682           { "java", "org", "sun", "com", "gov", "groovy"};
 683   private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_READ_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST = {"Event"};
 684   private final static String GET_PROPERTY_METHOD =
 685           "invokeinterface org.codehaus.groovy.runtime.callsite.CallSite.callGetProperty";
 686   private final static String GROOVY_CALLSITE_LIB = "org.codehaus.groovy.runtime.callsite";
 687   private final static String JAVA_INTEGER = "int";
 688   private final static String JAVA_STRING_LIB = "java.lang.String";
 689
 690   // -- FUNCTIONS
 691   private Integer[] copyChoices(Integer[] choicesToCopy) {
 692
 693     Integer[] copyOfChoices = new Integer[choicesToCopy.length];
 694     System.arraycopy(choicesToCopy, 0, copyOfChoices, 0, choicesToCopy.length);
 695     return copyOfChoices;
 696   }
 697
 698   private void ensureFairSchedulingAndSetupTransition(IntChoiceFromSet icsCG, VM vm) {
 699     // Check the next choice and if the value is not the same as the expected then force the expected value
 700     int choiceIndex = choiceCounter % refChoices.length;
 701     int nextChoice = icsCG.getNextChoice();
 702     if (refChoices[choiceIndex] != nextChoice) {
 703       int expectedChoice = refChoices[choiceIndex];
 704       int currCGIndex = icsCG.getNextChoiceIndex();
 705       if ((currCGIndex >= 0) && (currCGIndex < refChoices.length)) {
 706         icsCG.setChoice(currCGIndex, expectedChoice);
 707       }
 708     }
 709     // Get state ID and associate it with this transition
 710     int stateId = vm.getStateId();
 711     TransitionEvent transition = setupTransition(icsCG, stateId, choiceIndex);
 712     // Add new transition to the current execution and map it in R-Graph
 713     for (Integer stId : justVisitedStates) {  // Map this transition to all the previously passed states
 714       rGraph.addReachableTransition(stId, transition);
 715     }
 716     currentExecution.mapCGToChoice(icsCG, choiceCounter);
 717     // Store restorable state object for this state (always store the latest)
 718     if (!restorableStateMap.containsKey(stateId)) {
 719       RestorableVMState restorableState = vm.getRestorableState();
 720       restorableStateMap.put(stateId, restorableState);
 721     }
 722   }
 723
 724   private TransitionEvent setupTransition(IntChoiceFromSet icsCG, int stateId, int choiceIndex) {
 725     // Get a new transition
 726     TransitionEvent transition;
 727     if (currentExecution.isNew()) {
 728       // We need to handle the first transition differently because this has a predecessor execution
 729       transition = currentExecution.getFirstTransition();
 730     } else {
 731       transition = new TransitionEvent();
 732       currentExecution.addTransition(transition);
 733       transition.recordPredecessor(currentExecution, choiceCounter - 1);
 734     }
 735     transition.setExecution(currentExecution);
 736     transition.setTransitionCG(icsCG);
 737     transition.setStateId(stateId);
 738     transition.setChoice(refChoices[choiceIndex]);
 739     transition.setChoiceCounter(choiceCounter);
 740
 741     return transition;
 742   }
 743
 744   // --- Functions related to cycle detection and reachability graph
 745
 746   // Detect cycles in the current execution/trace
 747   // We terminate the execution iff:
 748   // (1) the state has been visited in the current execution
 749   // (2) the state has one or more cycles that involve all the events
 750   // With simple approach we only need to check for a re-visited state.
 751   // Basically, we have to check that we have executed all events between two occurrences of such state.
 752   private boolean completeFullCycle(int stId) {
 753     // False if the state ID hasn't been recorded
 754     if (!stateToEventMap.containsKey(stId)) {
 755       return false;
 756     }
 757     HashSet<Integer> visitedEvents = stateToEventMap.get(stId);
 758     // Check if this set contains all the event choices
 759     // If not then this is not the terminating condition
 760     for(int i=0; i<=maxEventChoice; i++) {
 761       if (!visitedEvents.contains(i)) {
 762         return false;
 763       }
 764     }
 765     return true;
 766   }
 767
 768   private void initializeStatesVariables() {
 769     // DPOR-related
 770     choices = null;
 771     refChoices = null;
 772     choiceCounter = 0;
 773     maxEventChoice = 0;
 774     // Cycle tracking
 775     currVisitedStates = new HashSet<>();
 776     justVisitedStates = new HashSet<>();
 777     prevVisitedStates = new HashSet<>();
 778     stateToEventMap = new HashMap<>();
 779     // Backtracking
 780     backtrackMap = new HashMap<>();
 781     backtrackStateQ = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());
 782     currentExecution = new Execution();
 783     currentExecution.addTransition(new TransitionEvent()); // Always start with 1 backtrack point
 784     doneBacktrackMap = new HashMap<>();
 785     rGraph = new RGraph();
 786     // Booleans
 787     isEndOfExecution = false;
 788   }
 789
 790   private void mapStateToEvent(int nextChoiceValue) {
 791     // Update all states with this event/choice
 792     // This means that all past states now see this transition
 793     Set<Integer> stateSet = stateToEventMap.keySet();
 794     for(Integer stateId : stateSet) {
 795       HashSet<Integer> eventSet = stateToEventMap.get(stateId);
 796       eventSet.add(nextChoiceValue);
 797     }
 798   }
 799
 800   private boolean terminateCurrentExecution() {
 801     // We need to check all the states that have just been visited
 802     // Often a transition (choice/event) can result into forwarding/backtracking to a number of states
 803     for(Integer stateId : justVisitedStates) {
 804       if (prevVisitedStates.contains(stateId) || completeFullCycle(stateId)) {
 805         return true;
 806       }
 807     }
 808     return false;
 809   }
 810
 811   private void updateStateInfo(Search search) {
 812     // Update the state variables
 813     int stateId = search.getStateId();
 814     // Insert state ID into the map if it is new
 815     if (!stateToEventMap.containsKey(stateId)) {
 816       HashSet<Integer> eventSet = new HashSet<>();
 817       stateToEventMap.put(stateId, eventSet);
 818     }
 819     analyzeReachabilityAndCreateBacktrackPoints(search.getVM(), stateId);
 820     justVisitedStates.add(stateId);
 821     if (!prevVisitedStates.contains(stateId)) {
 822       // It is a currently visited states if the state has not been seen in previous executions
 823       currVisitedStates.add(stateId);
 824     }
 825   }
 826
 827   // --- Functions related to Read/Write access analysis on shared fields
 828
 829   private void addNewBacktrackPoint(int stateId, Integer[] newChoiceList, TransitionEvent conflictTransition) {
 830     // Insert backtrack point to the right state ID
 831     LinkedList<BacktrackExecution> backtrackExecList;
 832     if (backtrackMap.containsKey(stateId)) {
 833       backtrackExecList = backtrackMap.get(stateId);
 834     } else {
 835       backtrackExecList = new LinkedList<>();
 836       backtrackMap.put(stateId, backtrackExecList);
 837     }
 838     // Add the new backtrack execution object
 839     TransitionEvent backtrackTransition = new TransitionEvent();
 840     backtrackTransition.setPredecessors(conflictTransition.getPredecessors());
 841     backtrackExecList.addFirst(new BacktrackExecution(newChoiceList, backtrackTransition));
 842     // Add to priority queue
 843     if (!backtrackStateQ.contains(stateId)) {
 844       backtrackStateQ.add(stateId);
 845     }
 846   }
 847
 848   // Analyze Read/Write accesses that are directly invoked on fields
 849   private void analyzeReadWriteAccesses(Instruction executedInsn, int currentChoice) {
 850     // Get the field info
 851     FieldInfo fieldInfo = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo();
 852     // Analyze only after being initialized
 853     String fieldClass = fieldInfo.getFullName();
 854     // Do the analysis to get Read and Write accesses to fields
 855     ReadWriteSet rwSet = getReadWriteSet(currentChoice);
 856     int objectId = fieldInfo.getClassInfo().getClassObjectRef();
 857     // Record the field in the map
 858     if (executedInsn instanceof WriteInstruction) {
 859       // We first check the non-relevant fields set
 860       if (!nonRelevantFields.contains(fieldInfo)) {
 861         // Exclude certain field writes because of infrastructure needs, e.g., Event class field writes
 862         for (String str : EXCLUDED_FIELDS_READ_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST) {
 863           if (fieldClass.startsWith(str)) {
 864             nonRelevantFields.add(fieldInfo);
 865             return;
 866           }
 867         }
 868       } else {
 869         // If we have this field in the non-relevant fields set then we return right away
 870         return;
 871       }
 872       rwSet.addWriteField(fieldClass, objectId);
 873     } else if (executedInsn instanceof ReadInstruction) {
 874       rwSet.addReadField(fieldClass, objectId);
 875     }
 876   }
 877
 878   // Analyze Read accesses that are indirect (performed through iterators)
 879   // These accesses are marked by certain bytecode instructions, e.g., INVOKEINTERFACE
 880   private void analyzeReadWriteAccesses(Instruction instruction, ThreadInfo ti, int currentChoice) {
 881     // Get method name
 882     INVOKEINTERFACE insn = (INVOKEINTERFACE) instruction;
 883     if (insn.toString().startsWith(GET_PROPERTY_METHOD) &&
 884             insn.getMethodInfo().getName().equals(DO_CALL_METHOD)) {
 885       // Extract info from the stack frame
 886       StackFrame frame = ti.getTopFrame();
 887       int[] frameSlots = frame.getSlots();
 888       // Get the Groovy callsite library at index 0
 889       ElementInfo eiCallsite = VM.getVM().getHeap().get(frameSlots[0]);
 890       if (!eiCallsite.getClassInfo().getName().startsWith(GROOVY_CALLSITE_LIB)) {
 891         return;
 892       }
 893       // Get the iterated object whose property is accessed
 894       ElementInfo eiAccessObj = VM.getVM().getHeap().get(frameSlots[1]);
 895       if (eiAccessObj == null) {
 896         return;
 897       }
 898       // We exclude library classes (they start with java, org, etc.) and some more
 899       ClassInfo classInfo = eiAccessObj.getClassInfo();
 900       String objClassName = classInfo.getName();
 901       // Check if this class info is part of the non-relevant classes set already
 902       if (!nonRelevantClasses.contains(classInfo)) {
 903         if (excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_READ_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST, objClassName) ||
 904                 excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST, objClassName)) {
 905           nonRelevantClasses.add(classInfo);
 906           return;
 907         }
 908       } else {
 909         // If it is part of the non-relevant classes set then return immediately
 910         return;
 911       }
 912       // Extract fields from this object and put them into the read write
 913       int numOfFields = eiAccessObj.getNumberOfFields();
 914       for(int i=0; i<numOfFields; i++) {
 915         FieldInfo fieldInfo = eiAccessObj.getFieldInfo(i);
 916         if (fieldInfo.getType().equals(JAVA_STRING_LIB) || fieldInfo.getType().equals(JAVA_INTEGER)) {
 917           String fieldClass = fieldInfo.getFullName();
 918           ReadWriteSet rwSet = getReadWriteSet(currentChoice);
 919           int objectId = fieldInfo.getClassInfo().getClassObjectRef();
 920           // Record the field in the map
 921           rwSet.addReadField(fieldClass, objectId);
 922         }
 923       }
 924     }
 925   }
 926
 927   private int checkAndAdjustChoice(int currentChoice, VM vm) {
 928     // If current choice is not the same, then this is caused by the firing of IntIntervalGenerator
 929     // for certain method calls in the infrastructure, e.g., eventSince()
 930     ChoiceGenerator<?> currentCG = vm.getChoiceGenerator();
 931     // This is the main event CG
 932     if (currentCG instanceof IntIntervalGenerator) {
 933       // This is the interval CG used in device handlers
 934       ChoiceGenerator<?> parentCG = ((IntIntervalGenerator) currentCG).getPreviousChoiceGenerator();
 935       // Iterate until we find the IntChoiceFromSet CG
 936       while (!(parentCG instanceof IntChoiceFromSet)) {
 937         parentCG = ((IntIntervalGenerator) parentCG).getPreviousChoiceGenerator();
 938       }
 939       // Find the choice related to the IntIntervalGenerator CG from the map
 940       currentChoice = currentExecution.getChoiceFromCG((IntChoiceFromSet) parentCG);
 941     }
 942     return currentChoice;
 943   }
 944
 945   private void createBacktrackingPoint(Execution execution, int currentChoice,
 946                                        Execution conflictExecution, int conflictChoice) {
 947     // Create a new list of choices for backtrack based on the current choice and conflicting event number
 948     // E.g. if we have a conflict between 1 and 3, then we create the list {3, 1, 0, 2}
 949     // for the original set {0, 1, 2, 3}
 950
 951     // execution/currentChoice represent the event/transaction that will be put into the backtracking set of
 952     // conflictExecution/conflictChoice
 953     Integer[] newChoiceList = new Integer[refChoices.length];
 954     ArrayList<TransitionEvent> currentTrace = execution.getExecutionTrace();
 955     ArrayList<TransitionEvent> conflictTrace = conflictExecution.getExecutionTrace();
 956     int currChoice = currentTrace.get(currentChoice).getChoice();
 957     int stateId = conflictTrace.get(conflictChoice).getStateId();
 958     // Check if this trace has been done from this state
 959     if (isTraceAlreadyConstructed(currChoice, stateId)) {
 960       return;
 961     }
 962     // Put the conflicting event numbers first and reverse the order
 963     newChoiceList[0] = currChoice;
 964     // Put the rest of the event numbers into the array starting from the minimum to the upper bound
 965     for (int i = 0, j = 1; i < refChoices.length; i++) {
 966       if (refChoices[i] != newChoiceList[0]) {
 967         newChoiceList[j] = refChoices[i];
 968         j++;
 969       }
 970     }
 971     // Predecessor of the new backtrack point is the same as the conflict point's
 972     addNewBacktrackPoint(stateId, newChoiceList, conflictTrace.get(conflictChoice));
 973   }
 974
 975   private boolean excludeThisForItContains(String[] excludedStrings, String className) {
 976     for (String excludedField : excludedStrings) {
 977       if (className.contains(excludedField)) {
 978         return true;
 979       }
 980     }
 981     return false;
 982   }
 983
 984   private boolean excludeThisForItEndsWith(String[] excludedStrings, String className) {
 985     for (String excludedField : excludedStrings) {
 986       if (className.endsWith(excludedField)) {
 987         return true;
 988       }
 989     }
 990     return false;
 991   }
 992
 993   private boolean excludeThisForItStartsWith(String[] excludedStrings, String className) {
 994     for (String excludedField : excludedStrings) {
 995       if (className.startsWith(excludedField)) {
 996         return true;
 997       }
 998     }
 999     return false;
1000   }
1001
1002   private void exploreNextBacktrackPoints(VM vm, IntChoiceFromSet icsCG) {
1003                 // Check if we are reaching the end of our execution: no more backtracking points to explore
1004                 // cgMap, backtrackMap, backtrackStateQ are updated simultaneously (checking backtrackStateQ is enough)
1005                 if (!backtrackStateQ.isEmpty()) {
1006                         // Set done all the other backtrack points
1007                         for (TransitionEvent backtrackTransition : currentExecution.getExecutionTrace()) {
1008         backtrackTransition.getTransitionCG().setDone();
1009                         }
1010                         // Reset the next backtrack point with the latest state
1011                         int hiStateId = backtrackStateQ.peek();
1012                         // Restore the state first if necessary
1013                         if (vm.getStateId() != hiStateId) {
1014                                 RestorableVMState restorableState = restorableStateMap.get(hiStateId);
1015                                 vm.restoreState(restorableState);
1016                         }
1017                         // Set the backtrack CG
1018                         IntChoiceFromSet backtrackCG = (IntChoiceFromSet) vm.getChoiceGenerator();
1019                         setBacktrackCG(hiStateId, backtrackCG);
1020                 } else {
1021                         // Set done this last CG (we save a few rounds)
1022                         icsCG.setDone();
1023                 }
1024                 // Save all the visited states when starting a new execution of trace
1025                 prevVisitedStates.addAll(currVisitedStates);
1026                 // This marks a transitional period to the new CG
1027                 isEndOfExecution = true;
1028   }
1029
1030   private boolean isConflictFound(Execution execution, int reachableChoice, Execution conflictExecution, int conflictChoice,
1031                                   ReadWriteSet currRWSet) {
1032     // conflictExecution/conflictChoice represent a predecessor event/transaction that can potentially have a conflict
1033     ArrayList<TransitionEvent> executionTrace = execution.getExecutionTrace();
1034     ArrayList<TransitionEvent> conflictTrace = conflictExecution.getExecutionTrace();
1035     HashMap<Integer, ReadWriteSet> confRWFieldsMap = conflictExecution.getReadWriteFieldsMap();
1036     // Skip if this event does not have any Read/Write set or the two events are basically the same event (number)
1037     if (!confRWFieldsMap.containsKey(conflictChoice) ||
1038             executionTrace.get(reachableChoice).getChoice() == conflictTrace.get(conflictChoice).getChoice()) {
1039       return false;
1040     }
1041     // R/W set of choice/event that may have a potential conflict
1042     ReadWriteSet confRWSet = confRWFieldsMap.get(conflictChoice);
1043     // Check for conflicts with Read and Write fields for Write instructions
1044     Set<String> currWriteSet = currRWSet.getWriteSet();
1045     for(String writeField : currWriteSet) {
1046       int currObjId = currRWSet.writeFieldObjectId(writeField);
1047       if ((confRWSet.readFieldExists(writeField) && confRWSet.readFieldObjectId(writeField) == currObjId) ||
1048           (confRWSet.writeFieldExists(writeField) && confRWSet.writeFieldObjectId(writeField) == currObjId)) {
1049         // Remove this from the write set as we are tracking per memory location
1050         currRWSet.removeWriteField(writeField);
1051         return true;
1052       }
1053     }
1054     // Check for conflicts with Write fields for Read instructions
1055     Set<String> currReadSet = currRWSet.getReadSet();
1056     for(String readField : currReadSet) {
1057       int currObjId = currRWSet.readFieldObjectId(readField);
1058       if (confRWSet.writeFieldExists(readField) && confRWSet.writeFieldObjectId(readField) == currObjId) {
1059         // Remove this from the read set as we are tracking per memory location
1060         currRWSet.removeReadField(readField);
1061         return true;
1062       }
1063     }
1064     // Return false if no conflict is found
1065     return false;
1066   }
1067
1068   private ReadWriteSet getReadWriteSet(int currentChoice) {
1069     // Do the analysis to get Read and Write accesses to fields
1070     ReadWriteSet rwSet;
1071     // We already have an entry
1072     HashMap<Integer, ReadWriteSet> currReadWriteFieldsMap = currentExecution.getReadWriteFieldsMap();
1073     if (currReadWriteFieldsMap.containsKey(currentChoice)) {
1074       rwSet = currReadWriteFieldsMap.get(currentChoice);
1075     } else { // We need to create a new entry
1076       rwSet = new ReadWriteSet();
1077       currReadWriteFieldsMap.put(currentChoice, rwSet);
1078     }
1079     return rwSet;
1080   }
1081
1082   private boolean isFieldExcluded(Instruction executedInsn) {
1083     // Get the field info
1084     FieldInfo fieldInfo = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo();
1085     // Check if the non-relevant fields set already has it
1086     if (nonRelevantFields.contains(fieldInfo)) {
1087       return true;
1088     }
1089     // Check if the relevant fields set already has it
1090     if (relevantFields.contains(fieldInfo)) {
1091       return false;
1092     }
1093     // Analyze only after being initialized
1094     String field = fieldInfo.getFullName();
1095     // Check against "starts-with", "ends-with", and "contains" list
1096     if (excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST, field) ||
1097             excludeThisForItEndsWith(EXCLUDED_FIELDS_ENDS_WITH_LIST, field) ||
1098             excludeThisForItContains(EXCLUDED_FIELDS_CONTAINS_LIST, field)) {
1099       nonRelevantFields.add(fieldInfo);
1100       return true;
1101     }
1102     relevantFields.add(fieldInfo);
1103     return false;
1104   }
1105
1106   // Check if this trace is already constructed
1107   private boolean isTraceAlreadyConstructed(int firstChoice, int stateId) {
1108     // Concatenate state ID and only the first event in the string, e.g., "1:1 for the trace 10234 at state 1"
1109     // Check if the trace has been constructed as a backtrack point for this state
1110     // TODO: THIS IS AN OPTIMIZATION!
1111     HashSet<Integer> choiceSet;
1112     if (doneBacktrackMap.containsKey(stateId)) {
1113       choiceSet = doneBacktrackMap.get(stateId);
1114       if (choiceSet.contains(firstChoice)) {
1115         return true;
1116       }
1117     } else {
1118       choiceSet = new HashSet<>();
1119       doneBacktrackMap.put(stateId, choiceSet);
1120     }
1121     choiceSet.add(firstChoice);
1122
1123     return false;
1124   }
1125
1126   // Reset data structure for each new execution
1127   private void resetStatesForNewExecution(IntChoiceFromSet icsCG, VM vm) {
1128     if (choices == null || choices != icsCG.getAllChoices()) {
1129       // Reset state variables
1130       choiceCounter = 0;
1131       choices = icsCG.getAllChoices();
1132       refChoices = copyChoices(choices);
1133       // Clear data structures
1134       currVisitedStates = new HashSet<>();
1135       stateToEventMap = new HashMap<>();
1136       isEndOfExecution = false;
1137     }
1138   }
1139
1140   // Set a backtrack point for a particular state
1141   private void setBacktrackCG(int stateId, IntChoiceFromSet backtrackCG) {
1142     // Set a backtrack CG based on a state ID
1143     LinkedList<BacktrackExecution> backtrackExecutions = backtrackMap.get(stateId);
1144     BacktrackExecution backtrackExecution = backtrackExecutions.removeLast();
1145     backtrackCG.setNewValues(backtrackExecution.getChoiceList());  // Get the last from the queue
1146     backtrackCG.setStateId(stateId);
1147     backtrackCG.reset();
1148     // Update current execution with this new execution
1149     Execution newExecution = new Execution();
1150     TransitionEvent firstTransition = backtrackExecution.getFirstTransition();
1151     newExecution.addTransition(firstTransition);
1152     // Try to free some memory since this map is only used for the current execution
1153     currentExecution.clearCGToChoiceMap();
1154     currentExecution = newExecution;
1155     // Remove from the queue if we don't have more backtrack points for that state
1156     if (backtrackExecutions.isEmpty()) {
1157       backtrackMap.remove(stateId);
1158       backtrackStateQ.remove(stateId);
1159     }
1160   }
1161
1162   // Update backtrack sets
1163   // 1) recursively, and
1164   // 2) track accesses per memory location (per shared variable/field)
1165   private void updateBacktrackSet(Execution execution, int currentChoice) {
1166     // Copy ReadWriteSet object
1167     HashMap<Integer, ReadWriteSet> currRWFieldsMap = execution.getReadWriteFieldsMap();
1168     ReadWriteSet currRWSet = currRWFieldsMap.get(currentChoice);
1169     if (currRWSet == null) {
1170       return;
1171     }
1172     currRWSet = currRWSet.getCopy();
1173     // Memorize visited TransitionEvent object while performing backward DFS to avoid getting caught up in a cycle
1174     HashSet<TransitionEvent> visited = new HashSet<>();
1175     // Update backtrack set recursively
1176     // TODO: The following is the call to the original version of the method
1177 //    updateBacktrackSetRecursive(execution, currentChoice, execution, currentChoice, currRWSet, visited);
1178     // TODO: The following is the call to the version of the method with pushing up happens-before transitions
1179     updateBacktrackSetRecursive(execution, currentChoice, execution, currentChoice, currRWSet, visited);
1180   }
1181
1182 //  TODO: This is the original version of the recursive method
1183 //  private void updateBacktrackSetRecursive(Execution execution, int currentChoice,
1184 //                                           Execution conflictExecution, int conflictChoice,
1185 //                                           ReadWriteSet currRWSet, HashSet<TransitionEvent> visited) {
1186 //    // Halt when we have found the first read/write conflicts for all memory locations
1187 //    if (currRWSet.isEmpty()) {
1188 //      return;
1189 //    }
1190 //    TransitionEvent confTrans = conflictExecution.getExecutionTrace().get(conflictChoice);
1191 //    // Halt when we have visited this transition (in a cycle)
1192 //    if (visited.contains(confTrans)) {
1193 //      return;
1194 //    }
1195 //    visited.add(confTrans);
1196 //    // Explore all predecessors
1197 //    for (Predecessor predecessor : confTrans.getPredecessors()) {
1198 //      // Get the predecessor (previous conflict choice)
1199 //      conflictChoice = predecessor.getChoice();
1200 //      conflictExecution = predecessor.getExecution();
1201 //      // Check if a conflict is found
1202 //      if (isConflictFound(execution, currentChoice, conflictExecution, conflictChoice, currRWSet)) {
1203 //        createBacktrackingPoint(execution, currentChoice, conflictExecution, conflictChoice);
1204 //      }
1205 //      // Continue performing DFS if conflict is not found
1206 //      updateBacktrackSetRecursive(execution, currentChoice, conflictExecution, conflictChoice, currRWSet, visited);
1207 //    }
1208 //  }
1209
1210   // TODO: This is the version of the method with pushing up happens-before transitions
1211   private void updateBacktrackSetRecursive(Execution execution, int currentChoice,
1212                                            Execution conflictExecution, int conflictChoice,
1213                                            ReadWriteSet currRWSet, HashSet<TransitionEvent> visited) {
1214     // Halt when we have found the first read/write conflicts for all memory locations
1215     if (currRWSet.isEmpty()) {
1216       return;
1217     }
1218     TransitionEvent currTrans = execution.getExecutionTrace().get(currentChoice);
1219     // Halt when we have visited this transition (in a cycle)
1220     if (visited.contains(currTrans)) {
1221       return;
1222     }
1223     visited.add(currTrans);
1224     // Explore all predecessors
1225     for (Predecessor predecessor : currTrans.getPredecessors()) {
1226       // Get the predecessor (previous conflict choice)
1227       int predecessorChoice = predecessor.getChoice();
1228       Execution predecessorExecution = predecessor.getExecution();
1229       // Push up one happens-before transition
1230       int newConflictChoice = conflictChoice;
1231       Execution newConflictExecution = conflictExecution;
1232       // Check if a conflict is found
1233       if (isConflictFound(conflictExecution, conflictChoice, predecessorExecution, predecessorChoice, currRWSet)) {
1234         createBacktrackingPoint(conflictExecution, conflictChoice, predecessorExecution, predecessorChoice);
1235         newConflictChoice = conflictChoice;
1236         newConflictExecution = conflictExecution;
1237       }
1238       // TODO: THIS IS THE ACCESS SUMMARY
1239       // Record this transition into rGraph summary
1240       int stateId = predecessor.getExecution().getExecutionTrace().get(predecessorChoice).getStateId();
1241       currRWSet = rGraph.recordTransitionSummary(stateId, currTrans, currRWSet);
1242       // Continue performing DFS if conflict is not found
1243       updateBacktrackSetRecursive(predecessorExecution, predecessorChoice, newConflictExecution, newConflictChoice,
1244               currRWSet, visited);
1245     }
1246     // Remove the transition after being explored
1247     // TODO: Seems to cause a lot of loops---commented out for now
1248     //visited.remove(confTrans);
1249   }
1250
1251   // --- Functions related to the reachability analysis when there is a state match
1252
1253   /*private void analyzeReachabilityAndCreateBacktrackPoints(VM vm, int stateId) {
1254     // Perform this analysis only when:
1255     // 1) this is not during a switch to a new execution,
1256     // 2) at least 2 choices/events have been explored (choiceCounter > 1),
1257     // 3) state > 0 (state 0 is for boolean CG)
1258     if (!isEndOfExecution && choiceCounter > 1 && stateId > 0) {
1259       if (currVisitedStates.contains(stateId) || prevVisitedStates.contains(stateId)) {
1260         // Update reachable transitions in the graph with a predecessor
1261         HashSet<TransitionEvent> reachableTransitions = rGraph.getReachableTransitionsAtState(stateId);
1262         for(TransitionEvent transition : reachableTransitions) {
1263           transition.recordPredecessor(currentExecution, choiceCounter - 1);
1264         }
1265         updateBacktrackSetsFromPreviousExecution(stateId);
1266       }
1267     }
1268   }
1269
1270   // Update the backtrack sets from previous executions
1271   private void updateBacktrackSetsFromPreviousExecution(int stateId) {
1272     // Collect all the reachable transitions from R-Graph
1273     HashSet<TransitionEvent> reachableTransitions = rGraph.getReachableTransitions(stateId);
1274     for(TransitionEvent transition : reachableTransitions) {
1275       Execution execution = transition.getExecution();
1276       int currentChoice = transition.getChoiceCounter();
1277       updateBacktrackSet(execution, currentChoice);
1278     }
1279   }*/
1280
1281   // TODO: THIS IS THE ACCESS SUMMARY
1282   private void analyzeReachabilityAndCreateBacktrackPoints(VM vm, int stateId) {
1283     // Perform this analysis only when:
1284     // 1) this is not during a switch to a new execution,
1285     // 2) at least 2 choices/events have been explored (choiceCounter > 1),
1286     // 3) state > 0 (state 0 is for boolean CG)
1287     if (!isEndOfExecution && choiceCounter > 1 && stateId > 0) {
1288       if (currVisitedStates.contains(stateId) || prevVisitedStates.contains(stateId)) {
1289         // Update reachable transitions in the graph with a predecessor
1290         HashSet<TransitionEvent> reachableTransitions = rGraph.getReachableTransitionsAtState(stateId);
1291         for(TransitionEvent transition : reachableTransitions) {
1292           transition.recordPredecessor(currentExecution, choiceCounter - 1);
1293         }
1294         updateBacktrackSetsFromPreviousExecution(currentExecution, choiceCounter - 1, stateId);
1295       }
1296     }
1297   }
1298
1299   private void updateBacktrackSetsFromPreviousExecution(Execution execution, int currentChoice, int stateId) {
1300     // Collect all the reachable transitions from R-Graph
1301     HashMap<Integer, TransitionEvent> reachableTransitions = rGraph.getReachableSummaryTransitions(stateId);
1302     HashMap<Integer, ReadWriteSet> reachableRWSets = rGraph.getReachableSummaryRWSets(stateId);
1303     for(Map.Entry<Integer, TransitionEvent> transition : reachableTransitions.entrySet()) {
1304       TransitionEvent reachableTransition = transition.getValue();
1305       Execution conflictExecution = reachableTransition.getExecution();
1306       int conflictChoice = reachableTransition.getChoiceCounter();
1307       // Copy ReadWriteSet object
1308       ReadWriteSet currRWSet = reachableRWSets.get(transition.getKey());
1309       currRWSet = currRWSet.getCopy();
1310       // Memorize visited TransitionEvent object while performing backward DFS to avoid getting caught up in a cycle
1311       HashSet<TransitionEvent> visited = new HashSet<>();
1312       updateBacktrackSetRecursive(execution, currentChoice, conflictExecution, conflictChoice, currRWSet, visited);
1313     }
1314   }
1315 }