Fixing a bug: restorable state has to be saved when backtrack point info is saved...
[jpf-core.git] / src / main / gov / nasa / jpf / listener / DPORStateReducer.java
index a6887549006b5d412c50de15b2fe174b54f352ef..8531e2cc4db5c1588ba3db63204858786fae26f8 100644 (file)
@@ -28,6 +28,7 @@ import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.WriteInstruction;
 import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntChoiceFromSet;
 import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntIntervalGenerator;
 
+import java.awt.*;
 import java.io.PrintWriter;
 import java.util.*;
 
@@ -58,23 +59,32 @@ 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 that are done
+  private HashMap<Integer, ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;      // Record fields that are accessed
+  private HashMap<Integer, RestorableVMState> restorableStateMap; // Maps state IDs to the restorable state object
+
+  // Visible operation dependency graph implementation (SPIN paper) related fields
+  private int prevChoiceValue;
+  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> vodGraphMap; // Visible operation dependency graph (VOD graph)
 
   // Boolean states
   private boolean isBooleanCGFlipped;
+  private boolean isEndOfExecution;
 
   public DPORStateReducer(Config config, JPF jpf) {
     verboseMode = config.getBoolean("printout_state_transition", false);
@@ -84,20 +94,9 @@ 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;
+    restorableStateMap = new HashMap<>();
+    initializeStatesVariables();
   }
 
   @Override
@@ -172,21 +171,26 @@ 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);
       }
     }
   }
@@ -196,23 +200,28 @@ 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 {
+          // 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());
+        // 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()) {
-          exploreNextBacktrackSets(icsCG);
+          exploreNextBacktrackPoints(vm, icsCG);
         }
         justVisitedStates.clear();
         choiceCounter++;
@@ -223,50 +232,43 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
   @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)) {
+                  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(refChoices[currentChoice], refChoices[currentChoice-1])) {
-//                      createBacktrackChoiceList(currentChoice, eventNumber);
-//                    }
+                    if (vm.isNewState() || isReachableInVODGraph(currentChoice)) {
+                      createBacktrackingPoint(currentChoice, eventCounter);
+                    }
                   }
                 }
               }
@@ -279,7 +281,9 @@ 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
@@ -317,6 +321,29 @@ 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 +365,7 @@ 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 +376,12 @@ 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 +416,31 @@ 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<>();
+    // VOD graph
+    prevChoiceValue = -1;
+    vodGraphMap = 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
@@ -419,6 +477,22 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
 
   // --- 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 +529,9 @@ 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 +553,58 @@ 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();
+      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 (isTraceConstructed(newChoiceList, stateId)) {
+      return;
+    }
+    addNewBacktrackPoint(stateId, newChoiceList);
+  }
+
   private boolean excludeThisForItContains(String[] excludedStrings, String className) {
     for (String excludedField : excludedStrings) {
       if (className.contains(excludedField)) {
@@ -503,22 +632,36 @@ 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 void exploreNextBacktrackPoints(VM vm, IntChoiceFromSet icsCG) {
 
-  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();
+    // We can start exploring the next backtrack point after the current CG is advanced at least once
+    if (choiceCounter > 0) {
+      // 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;
     }
   }
 
@@ -535,6 +678,26 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     return rwSet;
   }
 
+  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 +709,7 @@ 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 +718,7 @@ 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 +726,107 @@ public class DPORStateReducer extends ListenerAdapter {
     conflictSet.add(eventNumber);
     return true;
   }
+
+  private boolean isTraceConstructed(Integer[] choiceList, int stateId) {
+    // Concatenate state ID and trace in a string, e.g., "1:10234"
+    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, 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 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 prevChoIndex = (currentChoice - 1) % refChoices.length;
+    int currEvent = refChoices[choiceIndex];
+    int prevEvent = refChoices[prevChoIndex];
+    // 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);
+          }
+        }
+      }
+    }
+    return false;
+  }
+
+  private void updateVODGraph(int currChoiceValue) {
+    // Update the graph when we have the current choice value
+    HashSet<Integer> choiceSet;
+    if (vodGraphMap.containsKey(prevChoiceValue)) {
+      // If the key already exists, just retrieve it
+      choiceSet = vodGraphMap.get(prevChoiceValue);
+    } else {
+      // Create a new entry
+      choiceSet = new HashSet<>();
+      vodGraphMap.put(prevChoiceValue, choiceSet);
+    }
+    choiceSet.add(currChoiceValue);
+    prevChoiceValue = currChoiceValue;
+  }
 }