Fixing bug: 1) pushed transition should have been the predecessor transition after...
[jpf-core.git] / src / main / gov / nasa / jpf / listener / DPORStateReducer.java
index 72fc44e6c67f8ec4a48cfa8dd141a2ab043c33c3..5b0359ed5a92198f351200cda526b7ab573b3e2e 100644 (file)
@@ -20,31 +20,26 @@ package gov.nasa.jpf.listener;
 import gov.nasa.jpf.Config;
 import gov.nasa.jpf.JPF;
 import gov.nasa.jpf.ListenerAdapter;
+import gov.nasa.jpf.jvm.bytecode.INVOKEINTERFACE;
+import gov.nasa.jpf.jvm.bytecode.JVMFieldInstruction;
 import gov.nasa.jpf.search.Search;
-import gov.nasa.jpf.jvm.bytecode.*;
 import gov.nasa.jpf.vm.*;
 import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.ReadInstruction;
 import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.WriteInstruction;
 import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntChoiceFromSet;
 import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntIntervalGenerator;
 
+import java.io.FileWriter;
+import java.io.IOException;
 import java.io.PrintWriter;
 import java.util.*;
+import java.util.logging.Logger;
 
-// TODO: Fix for Groovy's model-checking
-// TODO: This is a setter to change the values of the ChoiceGenerator to implement POR
 /**
- * Simple tool to log state changes.
- *
- * 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.
+ * This a DPOR implementation for event-driven applications with loops that create cycles of state matching
+ * In this new DPOR 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 {
 
@@ -52,6 +47,7 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   private boolean verboseMode;
   private boolean stateReductionMode;
   private final PrintWriter out;
+  private PrintWriter fileWriter;
   private String detail;
   private int depth;
   private int id;
@@ -60,33 +56,32 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   // 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 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
-  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
+  private HashSet<Integer> justVisitedStates;   // States just visited in the previous choice/event
+  private HashSet<Integer> prevVisitedStates;   // States visited in the previous execution
+  private HashSet<ClassInfo> nonRelevantClasses;// Class info objects of non-relevant classes
+  private HashSet<FieldInfo> nonRelevantFields; // Field info objects of non-relevant fields
+  private HashSet<FieldInfo> relevantFields;    // Field info objects of relevant fields
   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<IntChoiceFromSet> cgList;                         // Record CGs for backtracking points
-  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<BacktrackExecution>> backtrackMap;  // Track created backtracking points
+  private PriorityQueue<Integer> backtrackStateQ;                 // Heap that returns the latest state
+  private Execution currentExecution;                             // Holds the information about the current execution
+  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> doneBacktrackMap;    // Record state ID and trace already constructed
+  private HashMap<Integer, RestorableVMState> restorableStateMap; // Maps state IDs to the restorable state object
+  private RGraph rGraph;                                          // R-Graph for past executions
 
   // Boolean states
   private boolean isBooleanCGFlipped;
-  private boolean isFirstResetDone;
   private boolean isEndOfExecution;
 
+  // Statistics
+  private int numOfTransitions;
+
   public DPORStateReducer(Config config, JPF jpf) {
     verboseMode = config.getBoolean("printout_state_transition", false);
     stateReductionMode = config.getBoolean("activate_state_reduction", true);
@@ -95,7 +90,19 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     } else {
       out = null;
     }
+    String outputFile = config.getString("file_output");
+    if (!outputFile.isEmpty()) {
+      try {
+        fileWriter = new PrintWriter(new FileWriter(outputFile, true), true);
+      } catch (IOException e) {
+      }
+    }
     isBooleanCGFlipped = false;
+               numOfTransitions = 0;
+               nonRelevantClasses = new HashSet<>();
+               nonRelevantFields = new HashSet<>();
+               relevantFields = new HashSet<>();
+    restorableStateMap = new HashMap<>();
     initializeStatesVariables();
   }
 
@@ -158,10 +165,20 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     }
   }
 
+  static Logger log = JPF.getLogger("report");
+
   @Override
   public void searchFinished(Search search) {
     if (verboseMode) {
+      out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search finished");
+      out.println("\n==> DEBUG: State reduction mode  : " + stateReductionMode);
+      out.println("\n==> DEBUG: Number of transitions : " + numOfTransitions);
       out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search finished" + "\n");
+
+      fileWriter.println("==> DEBUG: State reduction mode  : " + stateReductionMode);
+      fileWriter.println("==> DEBUG: Number of transitions : " + numOfTransitions);
+      fileWriter.println();
+      fileWriter.close();
     }
   }
 
@@ -171,6 +188,8 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
       // Initialize with necessary information from the CG
       if (nextCG instanceof IntChoiceFromSet) {
         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) nextCG;
+        // Tell JPF that we are performing DPOR
+        icsCG.setDpor();
         if (!isEndOfExecution) {
           // Check if CG has been initialized, otherwise initialize it
           Integer[] cgChoices = icsCG.getAllChoices();
@@ -187,8 +206,6 @@ 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
-          cgList.add(icsCG);
         } else {
           // Set done all CGs while transitioning to a new execution
           icsCG.setDone();
@@ -199,7 +216,6 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
 
   @Override
   public void choiceGeneratorAdvanced(VM vm, ChoiceGenerator<?> currentCG) {
-
     if (stateReductionMode) {
       // Check the boolean CG and if it is flipped, we are resetting the analysis
       if (currentCG instanceof BooleanChoiceGenerator) {
@@ -214,20 +230,26 @@ 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);
+        ensureFairSchedulingAndSetupTransition(icsCG, vm);
+        // Update backtrack set of an executed event (transition): one transition before this one
+        updateBacktrackSet(currentExecution, choiceCounter - 1);
+        // 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++;
+        }
         // 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);
-        }
         justVisitedStates.clear();
         choiceCounter++;
       }
+    } else {
+      numOfTransitions++;
     }
   }
 
@@ -245,37 +267,14 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
           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)) {
-              analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, fieldClass, currentChoice);
+            if (!isFieldExcluded(executedInsn)) {
+              analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, 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 (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);
-                    }
-                  }
-                }
-              }
-            }
-          }
         }
       }
     }
@@ -286,59 +285,335 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
 
   // -- INNER CLASSES
 
+  // This class compactly stores backtrack execution:
+  // 1) backtrack choice list, and
+  // 2) first backtrack point (linking with predecessor execution)
+  private class BacktrackExecution {
+    private Integer[] choiceList;
+    private TransitionEvent firstTransition;
+
+    public BacktrackExecution(Integer[] choList, TransitionEvent fTransition) {
+      choiceList = choList;
+      firstTransition = fTransition;
+    }
+
+    public Integer[] getChoiceList() {
+      return choiceList;
+    }
+
+    public TransitionEvent getFirstTransition() {
+      return firstTransition;
+    }
+  }
+
+  // This class stores a representation of an execution
+  // TODO: We can modify this class to implement some optimization (e.g., clock-vector)
+  // TODO: We basically need to keep track of:
+  // TODO:    (1) last read/write access to each memory location
+  // TODO:    (2) last state with two or more incoming events/transitions
+  private class Execution {
+    private HashMap<IntChoiceFromSet, Integer> cgToChoiceMap;   // Map between CG to choice numbers for O(1) access
+    private ArrayList<TransitionEvent> executionTrace;          // The BacktrackPoint objects of this execution
+    private boolean isNew;                                      // Track if this is the first time it is accessed
+    private HashMap<Integer, ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;  // Record fields that are accessed
+
+    public Execution() {
+      cgToChoiceMap = new HashMap<>();
+      executionTrace = new ArrayList<>();
+      isNew = true;
+      readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
+    }
+
+    public void addTransition(TransitionEvent newBacktrackPoint) {
+      executionTrace.add(newBacktrackPoint);
+    }
+
+    public void clearCGToChoiceMap() {
+      cgToChoiceMap = null;
+    }
+
+    public int getChoiceFromCG(IntChoiceFromSet icsCG) {
+      return cgToChoiceMap.get(icsCG);
+    }
+
+    public ArrayList<TransitionEvent> getExecutionTrace() {
+      return executionTrace;
+    }
+
+    public TransitionEvent getFirstTransition() {
+      return executionTrace.get(0);
+    }
+
+    public TransitionEvent getLastTransition() {
+      return executionTrace.get(executionTrace.size() - 1);
+    }
+
+    public HashMap<Integer, ReadWriteSet> getReadWriteFieldsMap() {
+      return readWriteFieldsMap;
+    }
+
+    public boolean isNew() {
+      if (isNew) {
+        // Right after this is accessed, it is no longer new
+        isNew = false;
+        return true;
+      }
+      return false;
+    }
+
+    public void mapCGToChoice(IntChoiceFromSet icsCG, int choice) {
+      cgToChoiceMap.put(icsCG, choice);
+    }
+  }
+
+  // This class compactly stores a predecessor
+  // 1) a predecessor execution
+  // 2) the predecessor choice in that predecessor execution
+  private class Predecessor {
+    private int choice;           // Predecessor choice
+    private Execution execution;  // Predecessor execution
+
+    public Predecessor(int predChoice, Execution predExec) {
+      choice = predChoice;
+      execution = predExec;
+    }
+
+    public int getChoice() {
+      return choice;
+    }
+
+    public Execution getExecution() {
+      return execution;
+    }
+  }
+
+  // This class represents a R-Graph (in the paper it is a state transition graph R)
+  // This implementation stores reachable transitions from and connects with past executions
+  private class RGraph {
+    private int hiStateId;                                     // Maximum state Id
+    private HashMap<Integer, HashSet<TransitionEvent>> graph;  // Reachable transitions from past executions
+
+    public RGraph() {
+      hiStateId = 0;
+      graph = new HashMap<>();
+    }
+
+    public void addReachableTransition(int stateId, TransitionEvent transition) {
+      HashSet<TransitionEvent> transitionSet;
+      if (graph.containsKey(stateId)) {
+        transitionSet = graph.get(stateId);
+      } else {
+        transitionSet = new HashSet<>();
+        graph.put(stateId, transitionSet);
+      }
+      // Insert into the set if it does not contain it yet
+      if (!transitionSet.contains(transition)) {
+        transitionSet.add(transition);
+      }
+      // Update highest state ID
+      if (hiStateId < stateId) {
+        hiStateId = stateId;
+      }
+    }
+
+    public HashSet<TransitionEvent> getReachableTransitionsAtState(int stateId) {
+      if (!graph.containsKey(stateId)) {
+        // This is a loop from a transition to itself, so just return the current transition
+        HashSet<TransitionEvent> transitionSet = new HashSet<>();
+        transitionSet.add(currentExecution.getLastTransition());
+        return transitionSet;
+      }
+      return graph.get(stateId);
+    }
+
+    public HashSet<TransitionEvent> getReachableTransitions(int stateId) {
+      HashSet<TransitionEvent> reachableTransitions = new HashSet<>();
+      // All transitions from states higher than the given state ID (until the highest state ID) are reachable
+      for(int stId = stateId; stId <= hiStateId; stId++) {
+        // We might encounter state IDs from the first round of Boolean CG
+        // The second round of Boolean CG should consider these new states
+        if (graph.containsKey(stId)) {
+          reachableTransitions.addAll(graph.get(stId));
+        }
+      }
+      return reachableTransitions;
+    }
+  }
+
   // 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
   private class ReadWriteSet {
-    private HashMap<String, Integer> readSet;
-    private HashMap<String, Integer> writeSet;
+    private HashMap<String, Integer> readMap;
+    private HashMap<String, Integer> writeMap;
 
     public ReadWriteSet() {
-      readSet = new HashMap<>();
-      writeSet = new HashMap<>();
+      readMap = new HashMap<>();
+      writeMap = new HashMap<>();
     }
 
     public void addReadField(String field, int objectId) {
-      readSet.put(field, objectId);
+      readMap.put(field, objectId);
     }
 
     public void addWriteField(String field, int objectId) {
-      writeSet.put(field, objectId);
+      writeMap.put(field, objectId);
+    }
+
+    public void removeReadField(String field) {
+      readMap.remove(field);
+    }
+
+    public void removeWriteField(String field) {
+      writeMap.remove(field);
+    }
+
+    public boolean isEmpty() {
+      return readMap.isEmpty() && writeMap.isEmpty();
+    }
+
+    public ReadWriteSet getCopy() {
+      ReadWriteSet copyRWSet = new ReadWriteSet();
+      // Copy the maps in the set into the new object copy
+      copyRWSet.setReadMap(new HashMap<>(this.getReadMap()));
+      copyRWSet.setWriteMap(new HashMap<>(this.getWriteMap()));
+      return copyRWSet;
+    }
+
+    public Set<String> getReadSet() {
+      return readMap.keySet();
+    }
+
+    public Set<String> getWriteSet() {
+      return writeMap.keySet();
     }
 
     public boolean readFieldExists(String field) {
-      return readSet.containsKey(field);
+      return readMap.containsKey(field);
     }
 
     public boolean writeFieldExists(String field) {
-      return writeSet.containsKey(field);
+      return writeMap.containsKey(field);
     }
 
     public int readFieldObjectId(String field) {
-      return readSet.get(field);
+      return readMap.get(field);
     }
 
     public int writeFieldObjectId(String field) {
-      return writeSet.get(field);
+      return writeMap.get(field);
+    }
+
+    private HashMap<String, Integer> getReadMap() {
+      return readMap;
+    }
+
+    private HashMap<String, Integer> getWriteMap() {
+      return writeMap;
+    }
+
+    private void setReadMap(HashMap<String, Integer> rMap) {
+      readMap = rMap;
+    }
+
+    private void setWriteMap(HashMap<String, Integer> wMap) {
+      writeMap = wMap;
     }
   }
 
-  // This class compactly stores backtracking points: 1) backtracking ChoiceGenerator, and 2) backtracking choices
-  private class BacktrackPoint {
-    private IntChoiceFromSet backtrackCG; // CG to backtrack from
-    private Integer[] backtrackChoices;   // Choices to set for this backtrack CG
+  // This class compactly stores transitions:
+  // 1) CG,
+  // 2) state ID,
+  // 3) choice,
+  // 4) predecessors (for backward DFS).
+  private class TransitionEvent {
+    private int choice;                        // Choice chosen at this transition
+    private int choiceCounter;                 // Choice counter at this transition
+    private Execution execution;               // The execution where this transition belongs
+    private HashSet<Predecessor> predecessors; // Maps incoming events/transitions (execution and choice)
+    private HashMap<Execution, HashSet<Integer>> recordedPredecessors;
+                                               // Memorize event and choice number to not record them twice
+    private int stateId;                       // State at this transition
+    private IntChoiceFromSet transitionCG;     // CG at this transition
+
+    public TransitionEvent() {
+      choice = 0;
+      choiceCounter = 0;
+      execution = null;
+      predecessors = new HashSet<>();
+      recordedPredecessors = new HashMap<>();
+      stateId = 0;
+      transitionCG = null;
+    }
+
+    public int getChoice() {
+      return choice;
+    }
+
+    public int getChoiceCounter() {
+      return choiceCounter;
+    }
+
+    public Execution getExecution() {
+      return execution;
+    }
+
+    public HashSet<Predecessor> getPredecessors() {
+      return predecessors;
+    }
+
+    public int getStateId() {
+      return stateId;
+    }
+
+    public IntChoiceFromSet getTransitionCG() { return transitionCG; }
+
+    private boolean isRecordedPredecessor(Execution execution, int choice) {
+      // See if we have recorded this predecessor earlier
+      HashSet<Integer> recordedChoices;
+      if (recordedPredecessors.containsKey(execution)) {
+        recordedChoices = recordedPredecessors.get(execution);
+        if (recordedChoices.contains(choice)) {
+          return true;
+        }
+      } else {
+        recordedChoices = new HashSet<>();
+        recordedPredecessors.put(execution, recordedChoices);
+      }
+      // Record the choice if we haven't seen it
+      recordedChoices.add(choice);
+
+      return false;
+    }
+
+    public void recordPredecessor(Execution execution, int choice) {
+      if (!isRecordedPredecessor(execution, choice)) {
+        predecessors.add(new Predecessor(choice, execution));
+      }
+    }
+
+    public void setChoice(int cho) {
+      choice = cho;
+    }
+
+    public void setChoiceCounter(int choCounter) {
+      choiceCounter = choCounter;
+    }
 
-    public BacktrackPoint(IntChoiceFromSet cg, Integer[] choices) {
-      backtrackCG = cg;
-      backtrackChoices = choices;
+    public void setExecution(Execution exec) {
+      execution = exec;
     }
 
-    public IntChoiceFromSet getBacktrackCG() {
-      return backtrackCG;
+    public void setPredecessors(HashSet<Predecessor> preds) {
+      predecessors = new HashSet<>(preds);
     }
 
-    public Integer[] getBacktrackChoices() {
-      return backtrackChoices;
+    public void setStateId(int stId) {
+      stateId = stId;
+    }
+
+    public void setTransitionCG(IntChoiceFromSet cg) {
+      transitionCG = cg;
     }
   }
 
@@ -363,7 +638,14 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   private final static String JAVA_STRING_LIB = "java.lang.String";
 
   // -- FUNCTIONS
-  private void checkAndEnforceFairScheduling(IntChoiceFromSet icsCG) {
+  private Integer[] copyChoices(Integer[] choicesToCopy) {
+
+    Integer[] copyOfChoices = new Integer[choicesToCopy.length];
+    System.arraycopy(choicesToCopy, 0, copyOfChoices, 0, choicesToCopy.length);
+    return copyOfChoices;
+  }
+
+  private void ensureFairSchedulingAndSetupTransition(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();
@@ -374,16 +656,42 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
         icsCG.setChoice(currCGIndex, expectedChoice);
       }
     }
+    // Get state ID and associate it with this transition
+    int stateId = vm.getStateId();
+    TransitionEvent transition = setupTransition(icsCG, stateId, choiceIndex);
+    // Add new transition to the current execution and map it in R-Graph
+    for (Integer stId : justVisitedStates) {  // Map this transition to all the previously passed states
+      rGraph.addReachableTransition(stId, transition);
+    }
+    currentExecution.mapCGToChoice(icsCG, choiceCounter);
+    // Store restorable state object for this state (always store the latest)
+    if (!restorableStateMap.containsKey(stateId)) {
+      RestorableVMState restorableState = vm.getRestorableState();
+      restorableStateMap.put(stateId, restorableState);
+    }
   }
 
-  private Integer[] copyChoices(Integer[] choicesToCopy) {
+  private TransitionEvent setupTransition(IntChoiceFromSet icsCG, int stateId, int choiceIndex) {
+    // Get a new transition
+    TransitionEvent transition;
+    if (currentExecution.isNew()) {
+      // We need to handle the first transition differently because this has a predecessor execution
+      transition = currentExecution.getFirstTransition();
+    } else {
+      transition = new TransitionEvent();
+      currentExecution.addTransition(transition);
+      transition.recordPredecessor(currentExecution, choiceCounter - 1);
+    }
+    transition.setExecution(currentExecution);
+    transition.setTransitionCG(icsCG);
+    transition.setStateId(stateId);
+    transition.setChoice(refChoices[choiceIndex]);
+    transition.setChoiceCounter(choiceCounter);
 
-    Integer[] copyOfChoices = new Integer[choicesToCopy.length];
-    System.arraycopy(choicesToCopy, 0, copyOfChoices, 0, choicesToCopy.length);
-    return copyOfChoices;
+    return transition;
   }
 
-  // --- Functions related to cycle detection
+  // --- Functions related to cycle detection and reachability graph
 
   // Detect cycles in the current execution/trace
   // We terminate the execution iff:
@@ -391,8 +699,7 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   // (2) the state has one or more cycles that involve all the events
   // With simple approach we only need to check for a re-visited state.
   // Basically, we have to check that we have executed all events between two occurrences of such state.
-  private boolean containsCyclesWithAllEvents(int stId) {
-
+  private boolean completeFullCycle(int stId) {
     // False if the state ID hasn't been recorded
     if (!stateToEventMap.containsKey(stId)) {
       return false;
@@ -413,7 +720,6 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     choices = null;
     refChoices = null;
     choiceCounter = 0;
-    lastCGStateId = 0;
     maxEventChoice = 0;
     // Cycle tracking
     currVisitedStates = new HashSet<>();
@@ -423,17 +729,12 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     // Backtracking
     backtrackMap = new HashMap<>();
     backtrackStateQ = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());
-    cgList = new ArrayList<>();
-    cgMap = new HashMap<>();
-    conflictPairMap = new HashMap<>();
-    doneBacktrackSet = new HashSet<>();
-    readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
-    // VOD graph
-    prevChoiceValue = -1;
-    vodGraphMap = new HashMap<>();
+    currentExecution = new Execution();
+    currentExecution.addTransition(new TransitionEvent()); // Always start with 1 backtrack point
+    doneBacktrackMap = new HashMap<>();
+    rGraph = new RGraph();
     // Booleans
     isEndOfExecution = false;
-    isFirstResetDone = false;
   }
 
   private void mapStateToEvent(int nextChoiceValue) {
@@ -450,7 +751,7 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     // We need to check all the states that have just been visited
     // Often a transition (choice/event) can result into forwarding/backtracking to a number of states
     for(Integer stateId : justVisitedStates) {
-      if (prevVisitedStates.contains(stateId) || containsCyclesWithAllEvents(stateId)) {
+      if (prevVisitedStates.contains(stateId) || completeFullCycle(stateId)) {
         return true;
       }
     }
@@ -459,34 +760,35 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
 
   private void updateStateInfo(Search search) {
     // 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);
+    if (!prevVisitedStates.contains(stateId)) {
+      // It is a currently visited states if the state has not been seen in previous executions
+      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, TransitionEvent conflictTransition) {
     // Insert backtrack point to the right state ID
-    LinkedList<Integer[]> backtrackList;
+    LinkedList<BacktrackExecution> backtrackExecList;
     if (backtrackMap.containsKey(stateId)) {
-      backtrackList = backtrackMap.get(stateId);
+      backtrackExecList = backtrackMap.get(stateId);
     } else {
-      backtrackList = new LinkedList<>();
-      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);
+      backtrackExecList = new LinkedList<>();
+      backtrackMap.put(stateId, backtrackExecList);
     }
+    // Add the new backtrack execution object
+    TransitionEvent backtrackTransition = new TransitionEvent();
+    backtrackTransition.setPredecessors(conflictTransition.getPredecessors());
+    backtrackExecList.addFirst(new BacktrackExecution(newChoiceList, backtrackTransition));
     // Add to priority queue
     if (!backtrackStateQ.contains(stateId)) {
       backtrackStateQ.add(stateId);
@@ -494,17 +796,28 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   }
 
   // Analyze Read/Write accesses that are directly invoked on fields
-  private void analyzeReadWriteAccesses(Instruction executedInsn, String fieldClass, int currentChoice) {
+  private void analyzeReadWriteAccesses(Instruction executedInsn, int currentChoice) {
+    // Get the field info
+    FieldInfo fieldInfo = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo();
+    // Analyze only after being initialized
+    String fieldClass = fieldInfo.getFullName();
     // Do the analysis to get Read and Write accesses to fields
     ReadWriteSet rwSet = getReadWriteSet(currentChoice);
-    int objectId = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo().getClassInfo().getClassObjectRef();
+    int objectId = fieldInfo.getClassInfo().getClassObjectRef();
     // Record the field in the map
     if (executedInsn instanceof WriteInstruction) {
-      // Exclude certain field writes because of infrastructure needs, e.g., Event class field writes
-      for (String str : EXCLUDED_FIELDS_READ_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST) {
-        if (fieldClass.startsWith(str)) {
-          return;
+      // We first check the non-relevant fields set
+      if (!nonRelevantFields.contains(fieldInfo)) {
+        // Exclude certain field writes because of infrastructure needs, e.g., Event class field writes
+        for (String str : EXCLUDED_FIELDS_READ_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST) {
+          if (fieldClass.startsWith(str)) {
+            nonRelevantFields.add(fieldInfo);
+            return;
+          }
         }
+      } else {
+        // If we have this field in the non-relevant fields set then we return right away
+        return;
       }
       rwSet.addWriteField(fieldClass, objectId);
     } else if (executedInsn instanceof ReadInstruction) {
@@ -533,9 +846,17 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
         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) ||
-          excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_READ_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST, objClassName)) {
+      ClassInfo classInfo = eiAccessObj.getClassInfo();
+      String objClassName = classInfo.getName();
+      // Check if this class info is part of the non-relevant classes set already
+      if (!nonRelevantClasses.contains(classInfo)) {
+        if (excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_READ_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST, objClassName) ||
+                excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST, objClassName)) {
+          nonRelevantClasses.add(classInfo);
+          return;
+        }
+      } else {
+        // If it is part of the non-relevant classes set then return immediately
         return;
       }
       // Extract fields from this object and put them into the read write
@@ -556,41 +877,49 @@ 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 = getCurrentChoice(vm);
-    if (currChoiceInd != currChoiceFromCG) {
-      currentChoice = (currentChoice - currChoiceInd) + currChoiceFromCG;
+    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();
+      }
+      // Find the choice related to the IntIntervalGenerator CG from the map
+      currentChoice = currentExecution.getChoiceFromCG((IntChoiceFromSet) parentCG);
     }
     return currentChoice;
   }
 
-  private void createBacktrackingPoint(int currentChoice, int confEvtNum) {
-
+  private void createBacktrackingPoint(Execution execution, int currentChoice,
+                                       Execution conflictExecution, int conflictChoice) {
     // 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}
+    
+    // execution/currentChoice represent the event/transaction that will be put into the backtracking set of
+    // conflictExecution/conflictChoice
     Integer[] newChoiceList = new Integer[refChoices.length];
+    ArrayList<TransitionEvent> currentTrace = execution.getExecutionTrace();
+    ArrayList<TransitionEvent> conflictTrace = conflictExecution.getExecutionTrace();
+    int currChoice = currentTrace.get(currentChoice).getChoice();
+    int stateId = conflictTrace.get(conflictChoice).getStateId();
+    // Check if this trace has been done from this state
+    if (isTraceAlreadyConstructed(currChoice, stateId)) {
+      return;
+    }
     // Put the conflicting event numbers first and reverse the order
-    int actualCurrCho = currentChoice % refChoices.length;
-    int actualConfEvtNum = confEvtNum % refChoices.length;
-    // We use the actual choices here in case they have been modified/adjusted
-    newChoiceList[0] = choices[actualCurrCho];
-    newChoiceList[1] = choices[actualConfEvtNum];
+    newChoiceList[0] = currChoice;
     // 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]) {
+    for (int i = 0, j = 1; i < refChoices.length; i++) {
+      if (refChoices[i] != newChoiceList[0]) {
         newChoiceList[j] = refChoices[i];
         j++;
       }
     }
-    // Record the backtracking point in the stack as well
-    IntChoiceFromSet backtrackCG = cgList.get(confEvtNum);
-    // Check if this trace has been done starting from this state
-    if (isTraceConstructed(newChoiceList, backtrackCG)) {
-      return;
-    }
-    //BacktrackPoint backtrackPoint = new BacktrackPoint(backtrackCG, newChoiceList);
-    addNewBacktrackPoint(backtrackCG, newChoiceList);
+    // Predecessor of the new backtrack point is the same as the conflict point's
+    addNewBacktrackPoint(stateId, newChoiceList, conflictTrace.get(conflictChoice));
   }
 
   private boolean excludeThisForItContains(String[] excludedStrings, String className) {
@@ -620,228 +949,278 @@ 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 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 (TransitionEvent backtrackTransition : currentExecution.getExecutionTrace()) {
+        backtrackTransition.getTransitionCG().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);
+               // 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 boolean isConflictFound(Execution execution, int reachableChoice, Execution conflictExecution, int conflictChoice,
+                                  ReadWriteSet currRWSet) {
+    // conflictExecution/conflictChoice represent a predecessor event/transaction that can potentially have a conflict
+    ArrayList<TransitionEvent> executionTrace = execution.getExecutionTrace();
+    ArrayList<TransitionEvent> conflictTrace = conflictExecution.getExecutionTrace();
+    HashMap<Integer, ReadWriteSet> confRWFieldsMap = conflictExecution.getReadWriteFieldsMap();
+    // Skip if this event does not have any Read/Write set or the two events are basically the same event (number)
+    if (!confRWFieldsMap.containsKey(conflictChoice) ||
+            executionTrace.get(reachableChoice).getChoice() == conflictTrace.get(conflictChoice).getChoice()) {
+      return false;
+    }
+    // R/W set of choice/event that may have a potential conflict
+    ReadWriteSet confRWSet = confRWFieldsMap.get(conflictChoice);
+    // 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 ((confRWSet.readFieldExists(writeField) && confRWSet.readFieldObjectId(writeField) == currObjId) ||
+          (confRWSet.writeFieldExists(writeField) && confRWSet.writeFieldObjectId(writeField) == currObjId)) {
+        // Remove this from the write set as we are tracking per memory location
+        currRWSet.removeWriteField(writeField);
+        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 (confRWSet.writeFieldExists(readField) && confRWSet.writeFieldObjectId(readField) == currObjId) {
+        // Remove this from the read set as we are tracking per memory location
+        currRWSet.removeReadField(readField);
+        return true;
+      }
+    }
+    // Return false if no conflict is found
+    return false;
   }
 
   private ReadWriteSet getReadWriteSet(int currentChoice) {
     // Do the analysis to get Read and Write accesses to fields
     ReadWriteSet rwSet;
     // We already have an entry
-    if (readWriteFieldsMap.containsKey(currentChoice)) {
-      rwSet = readWriteFieldsMap.get(currentChoice);
+    HashMap<Integer, ReadWriteSet> currReadWriteFieldsMap = currentExecution.getReadWriteFieldsMap();
+    if (currReadWriteFieldsMap.containsKey(currentChoice)) {
+      rwSet = currReadWriteFieldsMap.get(currentChoice);
     } else { // We need to create a new entry
       rwSet = new ReadWriteSet();
-      readWriteFieldsMap.put(currentChoice, rwSet);
+      currReadWriteFieldsMap.put(currentChoice, rwSet);
     }
     return rwSet;
   }
 
-  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]) {
-      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)) {
+  private boolean isFieldExcluded(Instruction executedInsn) {
+    // Get the field info
+    FieldInfo fieldInfo = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo();
+    // Check if the non-relevant fields set already has it
+    if (nonRelevantFields.contains(fieldInfo)) {
       return true;
     }
-    return false;
-  }
-
-  private boolean isFieldExcluded(String field) {
+    // Check if the relevant fields set already has it
+    if (relevantFields.contains(fieldInfo)) {
+      return false;
+    }
+    // Analyze only after being initialized
+    String field = fieldInfo.getFullName();
     // Check against "starts-with", "ends-with", and "contains" list
     if (excludeThisForItStartsWith(EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST, field) ||
             excludeThisForItEndsWith(EXCLUDED_FIELDS_ENDS_WITH_LIST, field) ||
             excludeThisForItContains(EXCLUDED_FIELDS_CONTAINS_LIST, field)) {
+      nonRelevantFields.add(fieldInfo);
       return true;
     }
-
+    relevantFields.add(fieldInfo);
     return false;
   }
 
-  private boolean isNewConflict(int currentEvent, int eventNumber) {
-    HashSet<Integer> conflictSet;
-    if (!conflictPairMap.containsKey(currentEvent)) {
-      conflictSet = new HashSet<>();
-      conflictPairMap.put(currentEvent, conflictSet);
+  // Check if this trace is already constructed
+  private boolean isTraceAlreadyConstructed(int firstChoice, int stateId) {
+    // Concatenate state ID and only the first event in the string, e.g., "1:1 for the trace 10234 at state 1"
+    // Check if the trace has been constructed as a backtrack point for this state
+    // TODO: THIS IS AN OPTIMIZATION!
+    HashSet<Integer> choiceSet;
+    if (doneBacktrackMap.containsKey(stateId)) {
+      choiceSet = doneBacktrackMap.get(stateId);
+      if (choiceSet.contains(firstChoice)) {
+        return true;
+      }
     } else {
-      conflictSet = conflictPairMap.get(currentEvent);
-    }
-    // If this conflict has been recorded before, we return false because
-    // we don't want to save this backtrack point twice
-    if (conflictSet.contains(eventNumber)) {
-      return false;
+      choiceSet = new HashSet<>();
+      doneBacktrackMap.put(stateId, choiceSet);
     }
-    // If it hasn't been recorded, then do otherwise
-    conflictSet.add(eventNumber);
-    return true;
-  }
+    choiceSet.add(firstChoice);
 
-  private boolean isTraceConstructed(Integer[] choiceList, IntChoiceFromSet backtrackCG) {
-    // Concatenate state ID and trace in a string, e.g., "1:10234"
-    int stateId = backtrackCG.getStateId();
-    StringBuilder sb = new StringBuilder();
-    sb.append(stateId);
-    sb.append(':');
-    for(Integer choice : choiceList) {
-      sb.append(choice);
-    }
-    // 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) {
+  // Reset data structure for each new execution
+  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();
+      // Clear data structures
+      currVisitedStates = new HashSet<>();
+      stateToEventMap = new HashMap<>();
       isEndOfExecution = false;
-                       // Adding this CG as the first CG for this execution
-                       cgList.add(icsCG);
     }
   }
 
-  private void setBacktrackCG(int stateId) {
+  // Set a backtrack point for a particular state
+  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
+    LinkedList<BacktrackExecution> backtrackExecutions = backtrackMap.get(stateId);
+    BacktrackExecution backtrackExecution = backtrackExecutions.removeLast();
+    backtrackCG.setNewValues(backtrackExecution.getChoiceList());  // Get the last from the queue
+    backtrackCG.setStateId(stateId);
     backtrackCG.reset();
+    // Update current execution with this new execution
+    Execution newExecution = new Execution();
+    TransitionEvent firstTransition = backtrackExecution.getFirstTransition();
+    newExecution.addTransition(firstTransition);
+    // Try to free some memory since this map is only used for the current execution
+    currentExecution.clearCGToChoiceMap();
+    currentExecution = newExecution;
     // Remove from the queue if we don't have more backtrack points for that state
-    if (backtrackChoices.isEmpty()) {
-      cgMap.remove(stateId);
+    if (backtrackExecutions.isEmpty()) {
       backtrackMap.remove(stateId);
       backtrackStateQ.remove(stateId);
     }
   }
 
-  private void setNextBacktrackPoint(IntChoiceFromSet icsCG) {
+  // Update backtrack sets
+  // 1) recursively, and
+  // 2) track accesses per memory location (per shared variable/field)
+  private void updateBacktrackSet(Execution execution, int currentChoice) {
+    // Copy ReadWriteSet object
+    HashMap<Integer, ReadWriteSet> currRWFieldsMap = execution.getReadWriteFieldsMap();
+    ReadWriteSet currRWSet = currRWFieldsMap.get(currentChoice);
+    if (currRWSet == null) {
+      return;
+    }
+    currRWSet = currRWSet.getCopy();
+    // Memorize visited TransitionEvent object while performing backward DFS to avoid getting caught up in a cycle
+    HashSet<TransitionEvent> visited = new HashSet<>();
+    // Update backtrack set recursively
+    // TODO: The following is the call to the original version of the method
+//    updateBacktrackSetRecursive(execution, currentChoice, execution, currentChoice, currRWSet, visited);
+    // TODO: The following is the call to the version of the method with pushing up happens-before transitions
+    updateBacktrackSetRecursive(execution, currentChoice, execution, currentChoice, currRWSet, visited);
+  }
 
-    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);
-        }
-      }
+//  TODO: This is the original version of the recursive method
+//  private void updateBacktrackSetRecursive(Execution execution, int currentChoice,
+//                                           Execution conflictExecution, int conflictChoice,
+//                                           ReadWriteSet currRWSet, HashSet<TransitionEvent> visited) {
+//    // Halt when we have found the first read/write conflicts for all memory locations
+//    if (currRWSet.isEmpty()) {
+//      return;
+//    }
+//    TransitionEvent confTrans = conflictExecution.getExecutionTrace().get(conflictChoice);
+//    // Halt when we have visited this transition (in a cycle)
+//    if (visited.contains(confTrans)) {
+//      return;
+//    }
+//    visited.add(confTrans);
+//    // Explore all predecessors
+//    for (Predecessor predecessor : confTrans.getPredecessors()) {
+//      // Get the predecessor (previous conflict choice)
+//      conflictChoice = predecessor.getChoice();
+//      conflictExecution = predecessor.getExecution();
+//      // Check if a conflict is found
+//      if (isConflictFound(execution, currentChoice, conflictExecution, conflictChoice, currRWSet)) {
+//        createBacktrackingPoint(execution, currentChoice, conflictExecution, conflictChoice);
+//      }
+//      // Continue performing DFS if conflict is not found
+//      updateBacktrackSetRecursive(execution, currentChoice, conflictExecution, conflictChoice, currRWSet, visited);
+//    }
+//  }
+
+  // TODO: This is the version of the method with pushing up happens-before transitions
+  private void updateBacktrackSetRecursive(Execution execution, int currentChoice,
+                                           Execution conflictExecution, int conflictChoice,
+                                           ReadWriteSet currRWSet, HashSet<TransitionEvent> visited) {
+    // Halt when we have found the first read/write conflicts for all memory locations
+    if (currRWSet.isEmpty()) {
+      return;
+    }
+    TransitionEvent currTrans = execution.getExecutionTrace().get(currentChoice);
+    // Halt when we have visited this transition (in a cycle)
+    if (visited.contains(currTrans)) {
+      return;
     }
-    // Clear unused CGs
-    for(IntChoiceFromSet cg : cgList) {
-      if (!backtrackCGs.contains(cg)) {
-        cg.setDone();
+    visited.add(currTrans);
+    // Explore all predecessors
+    for (Predecessor predecessor : currTrans.getPredecessors()) {
+      // Get the predecessor (previous conflict choice)
+      int predecessorChoice = predecessor.getChoice();
+      Execution predecessorExecution = predecessor.getExecution();
+      // Push up one happens-before transition
+      int newConflictChoice = conflictChoice;
+      Execution newConflictExecution = conflictExecution;
+      // Check if a conflict is found
+      if (isConflictFound(conflictExecution, conflictChoice, predecessorExecution, predecessorChoice, currRWSet)) {
+        createBacktrackingPoint(conflictExecution, conflictChoice, predecessorExecution, predecessorChoice);
+        newConflictChoice = predecessorChoice;
+        newConflictExecution = predecessorExecution;
       }
+      // Continue performing DFS if conflict is not found
+      updateBacktrackSetRecursive(predecessorExecution, predecessorChoice, newConflictExecution, newConflictChoice,
+              currRWSet, visited);
     }
-    cgList.clear();
+    // Remove the transition after being explored
+    // TODO: Seems to cause a lot of loops---commented out for now
+    //visited.remove(confTrans);
   }
 
-  // --- 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
+
+  private void analyzeReachabilityAndCreateBacktrackPoints(VM vm, int stateId) {
+    // Perform this analysis only when:
+    // 1) this is not during a switch to a new execution,
+    // 2) at least 2 choices/events have been explored (choiceCounter > 1),
+    // 3) state > 0 (state 0 is for boolean CG)
+    if (!isEndOfExecution && choiceCounter > 1 && stateId > 0) {
+      if (currVisitedStates.contains(stateId) || prevVisitedStates.contains(stateId)) {
+        // Update reachable transitions in the graph with a predecessor
+        HashSet<TransitionEvent> reachableTransitions = rGraph.getReachableTransitionsAtState(stateId);
+        for(TransitionEvent transition : reachableTransitions) {
+          transition.recordPredecessor(currentExecution, choiceCounter - 1);
         }
+        updateBacktrackSetsFromPreviousExecution(stateId);
       }
     }
-    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);
+  // Update the backtrack sets from previous executions
+  private void updateBacktrackSetsFromPreviousExecution(int stateId) {
+    // Collect all the reachable transitions from R-Graph
+    HashSet<TransitionEvent> reachableTransitions = rGraph.getReachableTransitions(stateId);
+    for(TransitionEvent transition : reachableTransitions) {
+      Execution execution = transition.getExecution();
+      int currentChoice = transition.getChoiceCounter();
+      updateBacktrackSet(execution, currentChoice);
     }
-    choiceSet.add(currChoiceValue);
-    prevChoiceValue = currChoiceValue;
   }
 }