Fixing more potential bugs for the reachability analysis.
[jpf-core.git] / src / main / gov / nasa / jpf / listener / DPORStateReducer.java
index 53cd5663f607d496ef980dab13f416bd8239c3fe..104af2bd9993dd0cabb776e3e793e1a2060ba2fa 100644 (file)
@@ -39,12 +39,13 @@ import java.util.*;
  * This DPOR implementation is augmented by the algorithm presented in this SPIN paper:
  * http://spinroot.com/spin/symposia/ws08/spin2008_submission_33.pdf
  *
- * The algorithm is presented on page 11 of the paper. Basically, we create a graph G
- * (i.e., visible operation dependency graph)
- * that maps inter-related threads/sub-programs that trigger state changes.
- * The key to this approach is that we evaluate graph G in every iteration/recursion to
- * only update the backtrack sets of the threads/sub-programs that are reachable in graph G
- * from the currently running thread/sub-program.
+ * The algorithm is presented on page 11 of the paper. Basically, we have a graph G
+ * (i.e., visible operation dependency graph).
+ * This DPOR implementation actually fixes the algorithm in the SPIN paper that does not
+ * consider cases where a state could be matched early. In this new algorithm/implementation,
+ * each run is terminated iff:
+ * - we find a state that matches a state in a previous run, or
+ * - we have a matched state in the current run that consists of cycles that contain all choices/events.
  */
 public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
 
@@ -62,7 +63,6 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   private Integer[] choices;
   private Integer[] refChoices; // Second reference to a copy of choices (choices may be modified for fair scheduling)
   private int choiceCounter;
-  private int lastCGStateId;    // Record the state of the currently active CG
   private int maxEventChoice;
   // Data structure to track the events seen by each state to track cycles (containing all events) for termination
   private HashSet<Integer> currVisitedStates; // States being visited in the current execution
@@ -70,23 +70,23 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   private HashSet<Integer> prevVisitedStates; // States visited in the previous execution
   private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> stateToEventMap;
   // Data structure to analyze field Read/Write accesses and conflicts
-  private HashMap<Integer, LinkedList<Integer[]>> backtrackMap;       // Track created backtracking points
-  private PriorityQueue<Integer> backtrackStateQ;                     // Heap that returns the latest state
-  private ArrayList<BacktrackPoint> backtrackPointList;               // Record backtrack points (CG and choice)
-  private HashMap<Integer, IntChoiceFromSet> cgMap;                   // Maps state IDs to CGs
-  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> conflictPairMap;         // Record conflicting events
-  private HashSet<String> doneBacktrackSet;                           // Record state ID and trace that are done
-  private HashMap<Integer, ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;          // Record fields that are accessed
-
-  // Visible operation dependency graph implementation (SPIN paper) related fields
-  private int prevChoiceValue;
-  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> vodGraphMap; // Visible operation dependency graph (VOD graph)
+  private HashMap<Integer, LinkedList<Integer[]>> backtrackMap;   // Track created backtracking points
+  private PriorityQueue<Integer> backtrackStateQ;                 // Heap that returns the latest state
+  private ArrayList<BacktrackPoint> backtrackPointList;           // Record backtrack points (CG, state Id, and choice)
+  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> conflictPairMap;     // Record conflicting events
+  private HashSet<String> doneBacktrackSet;                       // Record state ID and trace already constructed
+  private HashMap<Integer, ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;      // Record fields that are accessed
+  private HashMap<Integer, RestorableVMState> restorableStateMap; // Maps state IDs to the restorable state object
+  private HashMap<Integer, Integer> stateToChoiceCounterMap;      // Maps state IDs to the choice counter
 
   // Boolean states
   private boolean isBooleanCGFlipped;
-  private boolean isFirstResetDone;
   private boolean isEndOfExecution;
 
+  // Statistics
+  private int numOfConflicts;
+  private int numOfTransitions;
+       
   public DPORStateReducer(Config config, JPF jpf) {
     verboseMode = config.getBoolean("printout_state_transition", false);
     stateReductionMode = config.getBoolean("activate_state_reduction", true);
@@ -96,6 +96,9 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       out = null;
     }
     isBooleanCGFlipped = false;
+               numOfConflicts = 0;
+               numOfTransitions = 0;
+    restorableStateMap = new HashMap<>();
     initializeStatesVariables();
   }
 
@@ -160,7 +163,15 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
 
   @Override
   public void searchFinished(Search search) {
+    if (stateReductionMode) {
+      // Number of conflicts = first trace + subsequent backtrack points
+      numOfConflicts += 1 + doneBacktrackSet.size();
+    }
     if (verboseMode) {
+      out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search finished");
+      out.println("\n==> DEBUG: State reduction mode  : " + stateReductionMode);
+      out.println("\n==> DEBUG: Number of conflicts   : " + numOfConflicts);
+      out.println("\n==> DEBUG: Number of transitions : " + numOfTransitions);
       out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search finished" + "\n");
     }
   }
@@ -187,9 +198,6 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
           // Use a modulo since choiceCounter is going to keep increasing
           int choiceIndex = choiceCounter % choices.length;
           icsCG.advance(choices[choiceIndex]);
-          // Index the ChoiceGenerator to set backtracking points
-          BacktrackPoint backtrackPoint = new BacktrackPoint(icsCG, choices[choiceIndex]);
-          backtrackPointList.add(backtrackPoint);
         } else {
           // Set done all CGs while transitioning to a new execution
           icsCG.setDone();
@@ -207,6 +215,8 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
         if (!isBooleanCGFlipped) {
           isBooleanCGFlipped = true;
         } else {
+          // Number of conflicts = first trace + subsequent backtrack points
+          numOfConflicts = 1 + doneBacktrackSet.size();
           // Allocate new objects for data structure when the boolean is flipped from "false" to "true"
           initializeStatesVariables();
         }
@@ -215,20 +225,24 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       if (currentCG instanceof IntChoiceFromSet) {
         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) currentCG;
         // If this is a new CG then we need to update data structures
-        resetStatesForNewExecution(icsCG);
+        resetStatesForNewExecution(icsCG, vm);
         // If we don't see a fair scheduling of events/choices then we have to enforce it
-        checkAndEnforceFairScheduling(icsCG);
+        fairSchedulingAndBacktrackPoint(icsCG, vm);
         // Map state to event
         mapStateToEvent(icsCG.getNextChoice());
-        // Update the VOD graph always with the latest
-        updateVODGraph(icsCG.getNextChoice());
-        // Check if we have seen this state or this state contains cycles that involve all events
-        if (terminateCurrentExecution()) {
-          exploreNextBacktrackPoints(icsCG, vm);
+        // Explore the next backtrack point: 
+        // 1) if we have seen this state or this state contains cycles that involve all events, and
+        // 2) after the current CG is advanced at least once
+        if (terminateCurrentExecution() && choiceCounter > 0) {
+          exploreNextBacktrackPoints(vm, icsCG);
+        } else {
+          numOfTransitions++;
         }
         justVisitedStates.clear();
         choiceCounter++;
       }
+    } else {
+      numOfTransitions++;
     }
   }
 
@@ -268,10 +282,7 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
                   // Check and record a backtrack set for just once!
                   if (isConflictFound(nextInsn, eventCounter, currentChoice, fieldClass) &&
                       isNewConflict(currentChoice, eventCounter)) {
-                    // Lines 4-8 of the algorithm in the paper page 11 (see the heading note above)
-                    if (vm.isNewState() || isReachableInVODGraph(currentChoice)) {
-                      createBacktrackingPoint(currentChoice, eventCounter);
-                    }
+                    createBacktrackingPoint(currentChoice, eventCounter);
                   }
                 }
               }
@@ -307,6 +318,14 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       writeSet.put(field, objectId);
     }
 
+    public Set<String> getReadSet() {
+      return readSet.keySet();
+    }
+
+    public Set<String> getWriteSet() {
+      return writeSet.keySet();
+    }
+
     public boolean readFieldExists(String field) {
       return readSet.containsKey(field);
     }
@@ -324,18 +343,22 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     }
   }
 
-  // This class compactly stores backtracking points: 1) backtracking ChoiceGenerator, and 2) backtracking choices
+  // This class compactly stores backtrack points: 1) backtrack state ID, and 2) backtracking choices
   private class BacktrackPoint {
-    private IntChoiceFromSet backtrackCG; // CG to backtrack from
+    private IntChoiceFromSet backtrackCG; // CG at this backtrack point
+    private int stateId;                  // State at this backtrack point
     private int choice;                   // Choice chosen at this backtrack point
 
-    public BacktrackPoint(IntChoiceFromSet cg, int cho) {
+    public BacktrackPoint(IntChoiceFromSet cg, int stId, int cho) {
       backtrackCG = cg;
+      stateId = stId;
       choice = cho;
     }
 
-    public IntChoiceFromSet getBacktrackCG() {
-      return backtrackCG;
+    public IntChoiceFromSet getBacktrackCG() { return backtrackCG; }
+
+    public int getStateId() {
+      return stateId;
     }
 
     public int getChoice() {
@@ -364,7 +387,7 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   private final static String JAVA_STRING_LIB = "java.lang.String";
 
   // -- FUNCTIONS
-  private void checkAndEnforceFairScheduling(IntChoiceFromSet icsCG) {
+  private void fairSchedulingAndBacktrackPoint(IntChoiceFromSet icsCG, VM vm) {
     // Check the next choice and if the value is not the same as the expected then force the expected value
     int choiceIndex = choiceCounter % refChoices.length;
     int nextChoice = icsCG.getNextChoice();
@@ -375,6 +398,16 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
         icsCG.setChoice(currCGIndex, expectedChoice);
       }
     }
+    // Record state ID and choice/event as backtrack point
+    int stateId = vm.getStateId();
+    backtrackPointList.add(new BacktrackPoint(icsCG, stateId, refChoices[choiceIndex]));
+    // Store restorable state object for this state (always store the latest)
+    RestorableVMState restorableState = vm.getRestorableState();
+    restorableStateMap.put(stateId, restorableState);
+    // Map multiple state IDs to a choice counter
+    for (Integer stId : justVisitedStates) {
+      stateToChoiceCounterMap.put(stId, choiceCounter);
+    }
   }
 
   private Integer[] copyChoices(Integer[] choicesToCopy) {
@@ -414,7 +447,6 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     choices = null;
     refChoices = null;
     choiceCounter = 0;
-    lastCGStateId = 0;
     maxEventChoice = 0;
     // Cycle tracking
     currVisitedStates = new HashSet<>();
@@ -425,16 +457,12 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     backtrackMap = new HashMap<>();
     backtrackStateQ = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());
     backtrackPointList = new ArrayList<>();
-    cgMap = new HashMap<>();
     conflictPairMap = new HashMap<>();
     doneBacktrackSet = new HashSet<>();
     readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
-    // VOD graph
-    prevChoiceValue = -1;
-    vodGraphMap = new HashMap<>();
+    stateToChoiceCounterMap = new HashMap<>();
     // Booleans
     isEndOfExecution = false;
-    isFirstResetDone = false;
   }
 
   private void mapStateToEvent(int nextChoiceValue) {
@@ -462,19 +490,19 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     // Update the state variables
     // Line 19 in the paper page 11 (see the heading note above)
     int stateId = search.getStateId();
-    currVisitedStates.add(stateId);
     // Insert state ID into the map if it is new
     if (!stateToEventMap.containsKey(stateId)) {
       HashSet<Integer> eventSet = new HashSet<>();
       stateToEventMap.put(stateId, eventSet);
     }
+    analyzeReachabilityAndCreateBacktrackPoints(search.getVM(), stateId);
     justVisitedStates.add(stateId);
+    currVisitedStates.add(stateId);
   }
 
   // --- Functions related to Read/Write access analysis on shared fields
 
-  private void addNewBacktrackPoint(IntChoiceFromSet backtrackCG, Integer[] newChoiceList) {
-    int stateId = backtrackCG.getStateId();
+  private void addNewBacktrackPoint(int stateId, Integer[] newChoiceList) {
     // Insert backtrack point to the right state ID
     LinkedList<Integer[]> backtrackList;
     if (backtrackMap.containsKey(stateId)) {
@@ -484,10 +512,6 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       backtrackMap.put(stateId, backtrackList);
     }
     backtrackList.addFirst(newChoiceList);
-    // Add CG for this state ID if there isn't one yet
-    if (!cgMap.containsKey(stateId)) {
-      cgMap.put(stateId, backtrackCG);
-    }
     // Add to priority queue
     if (!backtrackStateQ.contains(stateId)) {
       backtrackStateQ.add(stateId);
@@ -558,7 +582,21 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     // If current choice is not the same, then this is caused by the firing of IntIntervalGenerator
     // for certain method calls in the infrastructure, e.g., eventSince()
     int currChoiceInd = currentChoice % refChoices.length;
-    int currChoiceFromCG = getCurrentChoice(vm);
+    int currChoiceFromCG = currChoiceInd;
+    ChoiceGenerator<?> currentCG = vm.getChoiceGenerator();
+    // This is the main event CG
+    if (currentCG instanceof IntIntervalGenerator) {
+      // This is the interval CG used in device handlers
+      ChoiceGenerator<?> parentCG = ((IntIntervalGenerator) currentCG).getPreviousChoiceGenerator();
+      int actualEvtNum = ((IntChoiceFromSet) parentCG).getNextChoice();
+      // Find the index of the event/choice in refChoices
+      for (int i = 0; i<refChoices.length; i++) {
+        if (actualEvtNum == refChoices[i]) {
+          currChoiceFromCG = i;
+          break;
+        }
+      }
+    }
     if (currChoiceInd != currChoiceFromCG) {
       currentChoice = (currentChoice - currChoiceInd) + currChoiceFromCG;
     }
@@ -584,13 +622,12 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       }
     }
     // Get the backtrack CG for this backtrack point
-    IntChoiceFromSet backtrackCG = backtrackPointList.get(confEvtNum).getBacktrackCG();
+    int stateId = backtrackPointList.get(confEvtNum).getStateId();
     // Check if this trace has been done starting from this state
-    if (isTraceConstructed(newChoiceList, backtrackCG)) {
+    if (isTraceAlreadyConstructed(newChoiceList, stateId)) {
       return;
     }
-    //BacktrackPoint backtrackPoint = new BacktrackPoint(backtrackCG, newChoiceList);
-    addNewBacktrackPoint(backtrackCG, newChoiceList);
+    addNewBacktrackPoint(stateId, newChoiceList);
   }
 
   private boolean excludeThisForItContains(String[] excludedStrings, String className) {
@@ -620,31 +657,34 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     return false;
   }
 
-  private void exploreNextBacktrackPoints(IntChoiceFromSet icsCG, VM vm) {
-    // We can start exploring the next backtrack point after the current CG is advanced at least once
-    if (icsCG.getNextChoiceIndex() > 0) {
-      // Check if we are reaching the end of our execution: no more backtracking points to explore
-      if (!backtrackMap.isEmpty()) {
-        setNextBacktrackPoint(icsCG);
-      }
-      // Save all the visited states when starting a new execution of trace
-      prevVisitedStates.addAll(currVisitedStates);
-      currVisitedStates.clear();
-      // This marks a transitional period to the new CG
-      isEndOfExecution = true;
-    }
-  }
-
-  private int getCurrentChoice(VM vm) {
-    ChoiceGenerator<?> currentCG = vm.getChoiceGenerator();
-    // This is the main event CG
-    if (currentCG instanceof IntChoiceFromSet) {
-      return ((IntChoiceFromSet) currentCG).getNextChoiceIndex();
-    } else {
-      // This is the interval CG used in device handlers
-      ChoiceGenerator<?> parentCG = ((IntIntervalGenerator) currentCG).getPreviousChoiceGenerator();
-      return ((IntChoiceFromSet) parentCG).getNextChoiceIndex();
-    }
+  private void exploreNextBacktrackPoints(VM vm, IntChoiceFromSet icsCG) {
+
+               // Check if we are reaching the end of our execution: no more backtracking points to explore
+               // cgMap, backtrackMap, backtrackStateQ are updated simultaneously (checking backtrackStateQ is enough)
+               if (!backtrackStateQ.isEmpty()) {
+                       // Set done all the other backtrack points
+                       for (BacktrackPoint backtrackPoint : backtrackPointList) {
+                               backtrackPoint.getBacktrackCG().setDone();
+                       }
+                       // Reset the next backtrack point with the latest state
+                       int hiStateId = backtrackStateQ.peek();
+                       // Restore the state first if necessary
+                       if (vm.getStateId() != hiStateId) {
+                               RestorableVMState restorableState = restorableStateMap.get(hiStateId);
+                               vm.restoreState(restorableState);
+                       }
+                       // Set the backtrack CG
+                       IntChoiceFromSet backtrackCG = (IntChoiceFromSet) vm.getChoiceGenerator();
+                       setBacktrackCG(hiStateId, backtrackCG);
+               } else {
+                       // Set done this last CG (we save a few rounds)
+                       icsCG.setDone();
+               }
+               // Save all the visited states when starting a new execution of trace
+               prevVisitedStates.addAll(currVisitedStates);
+               currVisitedStates.clear();
+               // This marks a transitional period to the new CG
+               isEndOfExecution = true;
   }
 
   private ReadWriteSet getReadWriteSet(int currentChoice) {
@@ -660,11 +700,45 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     return rwSet;
   }
 
+  private boolean isConflictFound(int eventCounter, int currentChoice) {
+
+    int actualCurrCho = currentChoice % refChoices.length;
+    // Skip if this event does not have any Read/Write set or the two events are basically the same event (number)
+    if (!readWriteFieldsMap.containsKey(eventCounter) ||
+            choices[actualCurrCho] == backtrackPointList.get(eventCounter).getChoice()) {
+      return false;
+    }
+    // Current R/W set
+    ReadWriteSet currRWSet = readWriteFieldsMap.get(currentChoice);
+    // R/W set of choice/event that may have a potential conflict
+    ReadWriteSet evtRWSet = readWriteFieldsMap.get(eventCounter);
+    // Check for conflicts with Read and Write fields for Write instructions
+    Set<String> currWriteSet = currRWSet.getWriteSet();
+    for(String writeField : currWriteSet) {
+      int currObjId = currRWSet.writeFieldObjectId(writeField);
+      if ((evtRWSet.readFieldExists(writeField) && evtRWSet.readFieldObjectId(writeField) == currObjId) ||
+          (evtRWSet.writeFieldExists(writeField) && evtRWSet.writeFieldObjectId(writeField) == currObjId)) {
+        return true;
+      }
+    }
+    // Check for conflicts with Write fields for Read instructions
+    Set<String> currReadSet = currRWSet.getReadSet();
+    for(String readField : currReadSet) {
+      int currObjId = currRWSet.readFieldObjectId(readField);
+      if (evtRWSet.writeFieldExists(readField) && evtRWSet.writeFieldObjectId(readField) == currObjId) {
+        return true;
+      }
+    }
+    // Return false if no conflict is found
+    return false;
+  }
+
   private boolean isConflictFound(Instruction nextInsn, int eventCounter, int currentChoice, String fieldClass) {
-    int actualEvtCntr = eventCounter % refChoices.length;
+
     int actualCurrCho = currentChoice % refChoices.length;
     // Skip if this event does not have any Read/Write set or the two events are basically the same event (number)
-    if (!readWriteFieldsMap.containsKey(eventCounter) || choices[actualCurrCho] == choices[actualEvtCntr]) {
+    if (!readWriteFieldsMap.containsKey(eventCounter) ||
+         choices[actualCurrCho] == backtrackPointList.get(eventCounter).getChoice()) {
       return false;
     }
     ReadWriteSet rwSet = readWriteFieldsMap.get(eventCounter);
@@ -708,15 +782,16 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     return true;
   }
 
-  private boolean isTraceConstructed(Integer[] choiceList, IntChoiceFromSet backtrackCG) {
-    // Concatenate state ID and trace in a string, e.g., "1:10234"
-    int stateId = backtrackCG.getStateId();
+  private boolean isTraceAlreadyConstructed(Integer[] choiceList, int stateId) {
+    // Concatenate state ID and only the first event in the string, e.g., "1:1 for the trace 10234 at state 1"
+    // TODO: THIS IS AN OPTIMIZATION!
+    // This is the optimized version because after we execute, e.g., the trace 1:10234, we don't need to try
+    // another trace that starts with event 1 at state 1, e.g., the trace 1:13024
+    // The second time this event 1 is explored, it will generate the same state as the first one
     StringBuilder sb = new StringBuilder();
     sb.append(stateId);
     sb.append(':');
-    for(Integer choice : choiceList) {
-      sb.append(choice);
-    }
+    sb.append(choiceList[0]);
     // Check if the trace has been constructed as a backtrack point for this state
     if (doneBacktrackSet.contains(sb.toString())) {
       return true;
@@ -725,124 +800,61 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     return false;
   }
 
-  private void resetStatesForNewExecution(IntChoiceFromSet icsCG) {
+  private void resetStatesForNewExecution(IntChoiceFromSet icsCG, VM vm) {
     if (choices == null || choices != icsCG.getAllChoices()) {
       // Reset state variables
       choiceCounter = 0;
       choices = icsCG.getAllChoices();
       refChoices = copyChoices(choices);
-      lastCGStateId = icsCG.getStateId();
       // Clearing data structures
       conflictPairMap.clear();
       readWriteFieldsMap.clear();
       stateToEventMap.clear();
       isEndOfExecution = false;
-      // Adding this CG as the first backtrack point for this execution
-      backtrackPointList.add(new BacktrackPoint(icsCG, choices[0]));
+      backtrackPointList.clear();
     }
   }
 
-  private void setBacktrackCG(int stateId) {
+  private void setBacktrackCG(int stateId, IntChoiceFromSet backtrackCG) {
     // Set a backtrack CG based on a state ID
-    IntChoiceFromSet backtrackCG = cgMap.get(stateId);
     LinkedList<Integer[]> backtrackChoices = backtrackMap.get(stateId);
     backtrackCG.setNewValues(backtrackChoices.removeLast());  // Get the last from the queue
+    backtrackCG.setStateId(stateId);
     backtrackCG.reset();
     // Remove from the queue if we don't have more backtrack points for that state
     if (backtrackChoices.isEmpty()) {
-      cgMap.remove(stateId);
       backtrackMap.remove(stateId);
       backtrackStateQ.remove(stateId);
     }
   }
 
-  private void setNextBacktrackPoint(IntChoiceFromSet icsCG) {
-
-    HashSet<IntChoiceFromSet> backtrackCGs = new HashSet<>(cgMap.values());
-    if (!isFirstResetDone) {
-      // Reset the last CG of every LinkedList in the map and set done everything else
-      for (Integer stateId : cgMap.keySet()) {
-        setBacktrackCG(stateId);
-      }
-      isFirstResetDone = true;
-    } else {
-      // Check if we still have backtrack points for the last state after the last backtrack
-      if (backtrackMap.containsKey(lastCGStateId)) {
-        setBacktrackCG(lastCGStateId);
-      } else {
-        // We try to reset new CGs (if we do have) when we are running out of active CGs
-        if (!backtrackStateQ.isEmpty()) {
-          // Reset the next CG with the latest state
-          int hiStateId = backtrackStateQ.peek();
-          setBacktrackCG(hiStateId);
-        }
-      }
-    }
-    // Clear unused CGs
-    for(BacktrackPoint backtrackPoint : backtrackPointList) {
-      IntChoiceFromSet cg = backtrackPoint.getBacktrackCG();
-      if (!backtrackCGs.contains(cg)) {
-        cg.setDone();
-      }
-    }
-    backtrackPointList.clear();
-  }
-
-  // --- Functions related to the visible operation dependency graph implementation discussed in the SPIN paper
-
-  // This method checks whether a choice is reachable in the VOD graph from a reference choice (BFS algorithm)
-  //private boolean isReachableInVODGraph(int checkedChoice, int referenceChoice) {
-  private boolean isReachableInVODGraph(int currentChoice) {
-    // Extract previous and current events
-    int choiceIndex = currentChoice % refChoices.length;
-    int currEvent = refChoices[choiceIndex];
-    int prevEvent = refChoices[choiceIndex - 1];
-    // Record visited choices as we search in the graph
-    HashSet<Integer> visitedChoice = new HashSet<>();
-    visitedChoice.add(prevEvent);
-    LinkedList<Integer> nodesToVisit = new LinkedList<>();
-    // If the state doesn't advance as the threads/sub-programs are executed (basically there is no new state),
-    // there is a chance that the graph doesn't have new nodes---thus this check will return a null.
-    if (vodGraphMap.containsKey(prevEvent)) {
-      nodesToVisit.addAll(vodGraphMap.get(prevEvent));
-      while(!nodesToVisit.isEmpty()) {
-        int choice = nodesToVisit.getFirst();
-        if (choice == currEvent) {
-          return true;
-        }
-        if (visitedChoice.contains(choice)) { // If there is a loop then we don't find it
-          return false;
-        }
-        // Continue searching
-        visitedChoice.add(choice);
-        HashSet<Integer> choiceNextNodes = vodGraphMap.get(choice);
-        if (choiceNextNodes != null) {
-          // Add only if there is a mapping for next nodes
-          for (Integer nextNode : choiceNextNodes) {
-            // Skip cycles
-            if (nextNode == choice) {
-              continue;
-            }
-            nodesToVisit.addLast(nextNode);
+  // --- Functions related to the reachability analysis when there is a state match
+
+  // We use backtrackPointsList to analyze the reachable states/events when there is a state match:
+  // 1) Whenever there is state match, there is a cycle of events
+  // 2) We need to analyze and find conflicts for the reachable choices/events in the cycle
+  // 3) Then we create a new backtrack point for every new conflict
+  private void analyzeReachabilityAndCreateBacktrackPoints(VM vm, int stateId) {
+    // Perform this analysis only when:
+    // 1) there is a state match,
+    // 2) this is not during a switch to a new execution,
+    // 3) at least 2 choices/events have been explored (choiceCounter > 1),
+    // 4) the matched state has been encountered in the current execution, and
+    // 5) state > 0 (state 0 is for boolean CG)
+    if (!vm.isNewState() && !isEndOfExecution && choiceCounter > 1 &&
+            currVisitedStates.contains(stateId) && (stateId > 0)) {
+      // Find the choice/event that marks the start of this cycle: first choice we explore for conflicts
+      int conflictChoice = stateToChoiceCounterMap.get(stateId);
+      int currentChoice = choiceCounter - 1;
+      // Find conflicts between choices/events in this cycle (we scan forward in the cycle, not backward)
+      while (conflictChoice < currentChoice) {
+        for (int eventCounter = conflictChoice + 1; eventCounter <= currentChoice; eventCounter++) {
+          if (isConflictFound(eventCounter, conflictChoice) && isNewConflict(conflictChoice, eventCounter)) {
+            createBacktrackingPoint(conflictChoice, eventCounter);
           }
         }
+        conflictChoice++;
       }
     }
-    return false;
-  }
-
-  private void updateVODGraph(int currChoiceValue) {
-    // Update the graph when we have the current choice value
-    HashSet<Integer> choiceSet;
-    if (vodGraphMap.containsKey(prevChoiceValue)) {
-      // If the key already exists, just retrieve it
-      choiceSet = vodGraphMap.get(prevChoiceValue);
-    } else {
-      // Create a new entry
-      choiceSet = new HashSet<>();
-      vodGraphMap.put(prevChoiceValue, choiceSet);
-    }
-    choiceSet.add(currChoiceValue);
-    prevChoiceValue = currChoiceValue;
   }
 }