Fixing more bugs with the reachability analysis.
[jpf-core.git] / src / main / gov / nasa / jpf / listener / DPORStateReducer.java
index a6887549006b5d412c50de15b2fe174b54f352ef..26dd6bd0b274f2b4fc6e6b963f0176fc224ca545 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 {
 
@@ -58,24 +59,34 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   private Transition transition;
 
   // DPOR-related fields
+  // Basic information
   private Integer[] choices;
-  private Integer[] refChoices;
+  private Integer[] refChoices; // Second reference to a copy of choices (choices may be modified for fair scheduling)
   private int choiceCounter;
   private int maxEventChoice;
-  // Record CGs for backtracking points
-  private List<IntChoiceFromSet> cgList;
   // Data structure to track the events seen by each state to track cycles (containing all events) for termination
-  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> stateToEventMap;
+  private HashSet<Integer> currVisitedStates; // States being visited in the current execution
   private HashSet<Integer> justVisitedStates; // States just visited in the previous choice/event
   private HashSet<Integer> prevVisitedStates; // States visited in the previous execution
-  private HashSet<Integer> currVisitedStates; // States being visited in the current execution
-  // Data structure to analyze field Read/Write accesses
-  private HashMap<Integer, ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;
-  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> conflictPairMap;
+  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, 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 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);
@@ -84,20 +95,11 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     } else {
       out = null;
     }
-    // DPOR-related
-    choices = null;
-    refChoices = null;
-    choiceCounter = 0;
-    maxEventChoice = 0;
-    cgList = new ArrayList<>();
-    stateToEventMap = new HashMap<>();
-    justVisitedStates = new HashSet<>();
-    prevVisitedStates = new HashSet<>();
-    currVisitedStates = new HashSet<>();
-    readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
-    conflictPairMap = new HashMap<>();
-    // Booleans
     isBooleanCGFlipped = false;
+               numOfConflicts = 0;
+               numOfTransitions = 0;
+    restorableStateMap = new HashMap<>();
+    initializeStatesVariables();
   }
 
   @Override
@@ -161,7 +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");
     }
   }
@@ -172,21 +182,26 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       // Initialize with necessary information from the CG
       if (nextCG instanceof IntChoiceFromSet) {
         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) nextCG;
-        // Check if CG has been initialized, otherwise initialize it
-        Integer[] cgChoices = icsCG.getAllChoices();
-        // Record the events (from choices)
-        if (choices == null) {
-          choices = cgChoices;
-          // Make a copy of choices as reference
-          refChoices = copyChoices(choices);
-          // Record the max event choice (the last element of the choice array)
-          maxEventChoice = choices[choices.length - 1];
+        if (!isEndOfExecution) {
+          // Check if CG has been initialized, otherwise initialize it
+          Integer[] cgChoices = icsCG.getAllChoices();
+          // Record the events (from choices)
+          if (choices == null) {
+            choices = cgChoices;
+            // Make a copy of choices as reference
+            refChoices = copyChoices(choices);
+            // Record the max event choice (the last element of the choice array)
+            maxEventChoice = choices[choices.length - 1];
+          }
+          icsCG.setNewValues(choices);
+          icsCG.reset();
+          // Use a modulo since choiceCounter is going to keep increasing
+          int choiceIndex = choiceCounter % choices.length;
+          icsCG.advance(choices[choiceIndex]);
+        } else {
+          // Set done all CGs while transitioning to a new execution
+          icsCG.setDone();
         }
-        // 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
-        cgList.add(icsCG);
       }
     }
   }
@@ -196,77 +211,78 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
 
     if (stateReductionMode) {
       // Check the boolean CG and if it is flipped, we are resetting the analysis
-//      if (currentCG instanceof BooleanChoiceGenerator) {
-//        if (!isBooleanCGFlipped) {
-//          isBooleanCGFlipped = true;
-//        } else {
-//          initializeStateReduction();
-//        }
-//      }
+      if (currentCG instanceof BooleanChoiceGenerator) {
+        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();
+        }
+      }
       // Check every choice generated and ensure fair scheduling!
       if (currentCG instanceof IntChoiceFromSet) {
         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) currentCG;
+        // If this is a new CG then we need to update data structures
+        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());
-        // Check if we have seen this state or this state contains cycles that involve all events
-        if (terminateCurrentExecution()) {
-          exploreNextBacktrackSets(icsCG);
+        // 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++;
     }
   }
 
   @Override
   public void instructionExecuted(VM vm, ThreadInfo ti, Instruction nextInsn, Instruction executedInsn) {
     if (stateReductionMode) {
-      // Has to be initialized and a integer CG
-      ChoiceGenerator<?> cg = vm.getChoiceGenerator();
-      if (cg instanceof IntChoiceFromSet || cg instanceof IntIntervalGenerator) {
-        int currentChoice = choiceCounter - 1;  // Accumulative choice w.r.t the current trace
-        //if (getCurrentChoice(vm) < 0) { // If choice is -1 then skip
-        if (currentChoice < 0) { // If choice is -1 then skip
-          return;
-        }
-        // Record accesses from executed instructions
-        if (executedInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
-          // Analyze only after being initialized
-          String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo().getFullName();
-          // We don't care about libraries
-          if (!isFieldExcluded(fieldClass)) {
-            analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, fieldClass, currentChoice);
+      if (!isEndOfExecution) {
+        // Has to be initialized and a integer CG
+        ChoiceGenerator<?> cg = vm.getChoiceGenerator();
+        if (cg instanceof IntChoiceFromSet || cg instanceof IntIntervalGenerator) {
+          int currentChoice = choiceCounter - 1;  // Accumulative choice w.r.t the current trace
+          if (currentChoice < 0) { // If choice is -1 then skip
+            return;
           }
-        } else if (executedInsn instanceof INVOKEINTERFACE) {
-          // Handle the read/write accesses that occur through iterators
-          analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, ti, currentChoice);
-        }
-        // Analyze conflicts from next instructions
-        if (nextInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
-          // Skip the constructor because it is called once and does not have shared access with other objects
-          if (!nextInsn.getMethodInfo().getName().equals("<init>")) {
-            String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getFullName();
+          currentChoice = checkAndAdjustChoice(currentChoice, vm);
+          // Record accesses from executed instructions
+          if (executedInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
+            // Analyze only after being initialized
+            String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo().getFullName();
+            // We don't care about libraries
             if (!isFieldExcluded(fieldClass)) {
-              // Check for conflict (go backward from current choice and get the first conflict)
-              for (int evtCntr = currentChoice - 1; evtCntr >= 0; evtCntr--) {
-                if (!readWriteFieldsMap.containsKey(evtCntr)) { // Skip if this event does not have any Read/Write set
-                  continue;
-                }
-                ReadWriteSet rwSet = readWriteFieldsMap.get(evtCntr);
-                int currObjId = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getClassInfo().getClassObjectRef();
-                // Check for conflicts with Write fields for both Read and Write instructions
-                if (((nextInsn instanceof WriteInstruction || nextInsn instanceof ReadInstruction) &&
-                      rwSet.writeFieldExists(fieldClass) && rwSet.writeFieldObjectId(fieldClass) == currObjId) ||
-                     (nextInsn instanceof WriteInstruction && rwSet.readFieldExists(fieldClass) &&
-                      rwSet.readFieldObjectId(fieldClass) == currObjId)) {
+              analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, fieldClass, currentChoice);
+            }
+          } else if (executedInsn instanceof INVOKEINTERFACE) {
+            // Handle the read/write accesses that occur through iterators
+            analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, ti, currentChoice);
+          }
+          // Analyze conflicts from next instructions
+          if (nextInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
+            // Skip the constructor because it is called once and does not have shared access with other objects
+            if (!nextInsn.getMethodInfo().getName().equals("<init>")) {
+              String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getFullName();
+              if (!isFieldExcluded(fieldClass)) {
+                // Check for conflict (go backward from current choice and get the first conflict)
+                for (int eventCounter = currentChoice - 1; eventCounter >= 0; eventCounter--) {
+                  // Check for conflicts with Write fields for both Read and Write instructions
                   // Check and record a backtrack set for just once!
-                  if (successfullyRecordConflictPair(currentChoice, evtCntr)) {
-                    // Lines 4-8 of the algorithm in the paper page 11 (see the heading note above)
-//                    if (vm.isNewState() || isReachableInVODGraph(refChoices[currentChoice], refChoices[currentChoice-1])) {
-//                      createBacktrackChoiceList(currentChoice, eventNumber);
-//                    }
+                  if (isConflictFound(nextInsn, eventCounter, currentChoice, fieldClass) &&
+                      isNewConflict(currentChoice, eventCounter)) {
+                    createBacktrackingPoint(currentChoice, eventCounter);
                   }
                 }
               }
@@ -279,7 +295,9 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
 
 
   // == HELPERS
-  // -- INNER CLASS
+
+  // -- INNER CLASSES
+
   // This class compactly stores Read and Write field sets
   // We store the field name and its object ID
   // Sharing the same field means the same field name and object ID
@@ -300,6 +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);
     }
@@ -317,6 +343,29 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     }
   }
 
+  // This class compactly stores backtrack points: 1) backtrack state ID, and 2) backtracking choices
+  private class BacktrackPoint {
+    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 stId, int cho) {
+      backtrackCG = cg;
+      stateId = stId;
+      choice = cho;
+    }
+
+    public IntChoiceFromSet getBacktrackCG() { return backtrackCG; }
+
+    public int getStateId() {
+      return stateId;
+    }
+
+    public int getChoice() {
+      return choice;
+    }
+  }
+
   // -- CONSTANTS
   private final static String DO_CALL_METHOD = "doCall";
   // We exclude fields that come from libraries (Java and Groovy), and also the infrastructure
@@ -338,7 +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();
@@ -349,6 +398,12 @@ 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);
   }
 
   private Integer[] copyChoices(Integer[] choicesToCopy) {
@@ -383,6 +438,29 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     return true;
   }
 
+  private void initializeStatesVariables() {
+    // DPOR-related
+    choices = null;
+    refChoices = null;
+    choiceCounter = 0;
+    maxEventChoice = 0;
+    // Cycle tracking
+    currVisitedStates = new HashSet<>();
+    justVisitedStates = new HashSet<>();
+    prevVisitedStates = new HashSet<>();
+    stateToEventMap = new HashMap<>();
+    // Backtracking
+    backtrackMap = new HashMap<>();
+    backtrackStateQ = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());
+    backtrackPointList = new ArrayList<>();
+    conflictPairMap = new HashMap<>();
+    doneBacktrackSet = new HashSet<>();
+    readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
+    stateToChoiceCounterMap = new HashMap<>();
+    // Booleans
+    isEndOfExecution = false;
+  }
+
   private void mapStateToEvent(int nextChoiceValue) {
     // Update all states with this event/choice
     // This means that all past states now see this transition
@@ -408,17 +486,35 @@ 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);
     }
+    stateToChoiceCounterMap.put(stateId, choiceCounter);
+    analyzeReachabilityAndCreateBacktrackPoints(search.getVM(), stateId);
     justVisitedStates.add(stateId);
+    currVisitedStates.add(stateId);
   }
 
   // --- Functions related to Read/Write access analysis on shared fields
 
+  private void addNewBacktrackPoint(int stateId, Integer[] newChoiceList) {
+    // Insert backtrack point to the right state ID
+    LinkedList<Integer[]> backtrackList;
+    if (backtrackMap.containsKey(stateId)) {
+      backtrackList = backtrackMap.get(stateId);
+    } else {
+      backtrackList = new LinkedList<>();
+      backtrackMap.put(stateId, backtrackList);
+    }
+    backtrackList.addFirst(newChoiceList);
+    // Add to priority queue
+    if (!backtrackStateQ.contains(stateId)) {
+      backtrackStateQ.add(stateId);
+    }
+  }
+
   // Analyze Read/Write accesses that are directly invoked on fields
   private void analyzeReadWriteAccesses(Instruction executedInsn, String fieldClass, int currentChoice) {
     // Do the analysis to get Read and Write accesses to fields
@@ -455,6 +551,9 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       }
       // Get the iterated object whose property is accessed
       ElementInfo eiAccessObj = VM.getVM().getHeap().get(frameSlots[1]);
+      if (eiAccessObj == null) {
+        return;
+      }
       // We exclude library classes (they start with java, org, etc.) and some more
       String objClassName = eiAccessObj.getClassInfo().getName();
       if (excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST, objClassName) ||
@@ -476,6 +575,62 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     }
   }
 
+  private int checkAndAdjustChoice(int currentChoice, VM vm) {
+    // 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 = 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();
+      // Iterate until we find the IntChoiceFromSet CG
+      while (!(parentCG instanceof IntChoiceFromSet)) {
+        parentCG = ((IntIntervalGenerator) parentCG).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;
+    }
+    return currentChoice;
+  }
+
+  private void createBacktrackingPoint(int currentChoice, int confEvtNum) {
+
+    // Create a new list of choices for backtrack based on the current choice and conflicting event number
+    // E.g. if we have a conflict between 1 and 3, then we create the list {3, 1, 0, 2}
+    // for the original set {0, 1, 2, 3}
+    Integer[] newChoiceList = new Integer[refChoices.length];
+    // Put the conflicting event numbers first and reverse the order
+    int actualCurrCho = currentChoice % refChoices.length;
+    // We use the actual choices here in case they have been modified/adjusted by the fair scheduling method
+    newChoiceList[0] = choices[actualCurrCho];
+    newChoiceList[1] = backtrackPointList.get(confEvtNum).getChoice();
+    // Put the rest of the event numbers into the array starting from the minimum to the upper bound
+    for (int i = 0, j = 2; i < refChoices.length; i++) {
+      if (refChoices[i] != newChoiceList[0] && refChoices[i] != newChoiceList[1]) {
+        newChoiceList[j] = refChoices[i];
+        j++;
+      }
+    }
+    // Get the backtrack CG for this backtrack point
+    int stateId = backtrackPointList.get(confEvtNum).getStateId();
+    // Check if this trace has been done starting from this state
+    if (isTraceAlreadyConstructed(newChoiceList, stateId)) {
+      return;
+    }
+    addNewBacktrackPoint(stateId, newChoiceList);
+  }
+
   private boolean excludeThisForItContains(String[] excludedStrings, String className) {
     for (String excludedField : excludedStrings) {
       if (className.contains(excludedField)) {
@@ -503,23 +658,34 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     return false;
   }
 
-  private void exploreNextBacktrackSets(IntChoiceFromSet icsCG) {
-    // Save all the visited states when starting a new execution of trace
-    prevVisitedStates.addAll(currVisitedStates);
-    currVisitedStates.clear();
-
-  }
-
-  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) {
@@ -535,6 +701,59 @@ 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 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;
+    }
+    ReadWriteSet rwSet = readWriteFieldsMap.get(eventCounter);
+    int currObjId = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getClassInfo().getClassObjectRef();
+    // Check for conflicts with Write fields for both Read and Write instructions
+    if (((nextInsn instanceof WriteInstruction || nextInsn instanceof ReadInstruction) &&
+          rwSet.writeFieldExists(fieldClass) && rwSet.writeFieldObjectId(fieldClass) == currObjId) ||
+         (nextInsn instanceof WriteInstruction && rwSet.readFieldExists(fieldClass) &&
+          rwSet.readFieldObjectId(fieldClass) == currObjId)) {
+      return true;
+    }
+    return false;
+  }
+
   private boolean isFieldExcluded(String field) {
     // Check against "starts-with", "ends-with", and "contains" list
     if (excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST, field) ||
@@ -546,7 +765,7 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     return false;
   }
 
-  private boolean successfullyRecordConflictPair(int currentEvent, int eventNumber) {
+  private boolean isNewConflict(int currentEvent, int eventNumber) {
     HashSet<Integer> conflictSet;
     if (!conflictPairMap.containsKey(currentEvent)) {
       conflictSet = new HashSet<>();
@@ -555,7 +774,7 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       conflictSet = conflictPairMap.get(currentEvent);
     }
     // If this conflict has been recorded before, we return false because
-    // we don't want to service this backtrack point twice
+    // we don't want to save this backtrack point twice
     if (conflictSet.contains(eventNumber)) {
       return false;
     }
@@ -563,4 +782,83 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     conflictSet.add(eventNumber);
     return true;
   }
+
+  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(':');
+    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;
+    }
+    doneBacktrackSet.add(sb.toString());
+    return false;
+  }
+
+  private void resetStatesForNewExecution(IntChoiceFromSet icsCG, VM vm) {
+    if (choices == null || choices != icsCG.getAllChoices()) {
+      // Reset state variables
+      choiceCounter = 0;
+      choices = icsCG.getAllChoices();
+      refChoices = copyChoices(choices);
+      // Clearing data structures
+      conflictPairMap.clear();
+      readWriteFieldsMap.clear();
+      stateToEventMap.clear();
+      isEndOfExecution = false;
+      backtrackPointList.clear();
+    }
+  }
+
+  private void setBacktrackCG(int stateId, IntChoiceFromSet backtrackCG) {
+    // Set a backtrack CG based on a state ID
+    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()) {
+      backtrackMap.remove(stateId);
+      backtrackStateQ.remove(stateId);
+    }
+  }
+
+  // --- 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
+      if (stateToChoiceCounterMap.get(stateId) == null) {
+        System.out.println();
+      }
+      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++;
+      }
+    }
+  }
 }