Some fixes for the DPOR state-reducer.
[jpf-core.git] / src / main / gov / nasa / jpf / listener / StateReducer.java
index 5dbe79dc4ab8f7c59b2f90b8ec423c8b7f217580..71eaf325f2022190bd8da2d1e3f4aa5ba612107e 100644 (file)
@@ -23,155 +23,698 @@ import gov.nasa.jpf.ListenerAdapter;
 import gov.nasa.jpf.search.Search;
 import gov.nasa.jpf.jvm.bytecode.*;
 import gov.nasa.jpf.vm.*;
-import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.LocalVariableInstruction;
 import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.ReadInstruction;
-import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.StoreInstruction;
 import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.WriteInstruction;
-import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntIntervalGenerator;
+import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntChoiceFromSet;
 
 import java.io.PrintWriter;
 
 import java.util.*;
 
+// 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
+ * 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.
  */
 public class StateReducer extends ListenerAdapter {
 
+  // Debug info fields
+  private boolean debugMode;
+  private boolean stateReductionMode;
   private final PrintWriter out;
-  volatile private String valueVarLock = "";
-  volatile private String valueVarContact = "";
-  volatile private String operation;
   volatile private String detail;
   volatile private int depth;
   volatile private int id;
   Transition transition;
-  Object annotation;
-  String label;
-  String output;
-  int stateId;
 
+  // State reduction fields
+  private Integer[] choices;
+  private IntChoiceFromSet currCG;
+  private int choiceCounter;
+  private Integer choiceUpperBound;
+  private Integer maxUpperBound;
+  private boolean isInitialized;
+  private boolean isResetAfterAnalysis;
+  private boolean isBooleanCGFlipped;
+  private HashMap<IntChoiceFromSet, Integer> cgMap;
+  // Record the mapping between event number and field accesses (Read and Write)
+  private HashMap<Integer, ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;
+  // The following is the backtrack map (set) that stores all the backtrack information
+  // e.g., event number 1 can have two backtrack sequences: {3,1,2,4,...} and {2,1,3,4,...}
+  private HashMap<Integer, LinkedList<Integer[]>> backtrackMap;
+  // Stores explored backtrack lists in the form of HashSet of Strings
+  private HashSet<String> backtrackSet;
+  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> conflictPairMap;
+  // Map choicelist with start index
+  //  private HashMap<Integer[],Integer> choiceListStartIndexMap;
+
+  // Map that represents graph G
+  // (i.e., visible operation dependency graph (VOD Graph)
+  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> vodGraphMap;
+  // Set that represents hash table H
+  // (i.e., hash table that records encountered states)
+  // VOD graph is updated when the state has not yet been seen
+  // Current state
+  private int stateId;
+  // Previous state
+  private int prevStateId;
+  // Previous choice number
+  private int prevChoiceValue;
+  // Counter for a visited state
+  private HashMap<Integer, Integer> visitedStateCounter;
+  // HashSet that stores references to unused CGs
+  private HashSet<IntChoiceFromSet> unusedCG;
+
+  public StateReducer(Config config, JPF jpf) {
+    debugMode = config.getBoolean("debug_state_transition", false);
+    stateReductionMode = config.getBoolean("activate_state_reduction", true);
+    if (debugMode) {
+      out = new PrintWriter(System.out, true);
+    } else {
+      out = null;
+    }
+    detail = null;
+    depth = 0;
+    id = 0;
+    transition = null;
+    isBooleanCGFlipped = false;
+    vodGraphMap = new HashMap<>();
+    stateId = -1;
+    prevStateId = -1;
+    prevChoiceValue = -1;
+    cgMap = new HashMap<>();
+    readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
+    backtrackMap = new HashMap<>();
+    backtrackSet = new HashSet<>();
+    conflictPairMap = new HashMap<>();
+    unusedCG = new HashSet<>();
+    visitedStateCounter = new HashMap<>();
+    initializeStateReduction();
+  }
 
-  public StateReducer (Config conf, JPF jpf) {
-    out = new PrintWriter(System.out, true);
+  private void initializeStateReduction() {
+    if (stateReductionMode) {
+      choices = null;
+      currCG = null;
+      choiceCounter = 0;
+      choiceUpperBound = 0;
+      maxUpperBound = 0;
+      isInitialized = false;
+      isResetAfterAnalysis = false;
+      cgMap.clear();
+      readWriteFieldsMap.clear();
+      backtrackMap.clear();
+      backtrackSet.clear();
+      conflictPairMap.clear();
+    }
   }
 
   @Override
   public void stateRestored(Search search) {
-    id = search.getStateId();
-    depth = search.getDepth();
-    operation = "restored";
-    transition = search.getTransition();
-    if (transition != null) {
-      annotation = transition.getAnnotation();
-      label = transition.getLabel();
-      output = transition.getOutput();
-      stateId = transition.getStateId();
+    if (debugMode) {
+      id = search.getStateId();
+      depth = search.getDepth();
+      transition = search.getTransition();
+      detail = null;
+      out.println("\n==> DEBUG: The state is restored to state with id: " + id + " -- Transition: " + transition +
+              " and depth: " + depth + "\n");
     }
-    detail = null;
-
-    out.println("\nThe state is restored to state with id: "+id+" Transition: "+transition+", with depth: "+depth+"##LockValue: "+valueVarLock+", ##ContactValue: "+valueVarContact +"\n");
   }
 
   //--- the ones we are interested in
   @Override
   public void searchStarted(Search search) {
-    out.println("----------------------------------- search started");
+    if (debugMode) {
+      out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search started" + "\n");
+    }
   }
 
-  // Holds values that have appeared during CG advances
-  private HashSet<Integer> cgChoiceSet = new HashSet<>();
-  private Integer choiceUpperBound = 0;
-  private boolean isInitialized = false;
-
   @Override
-  public void choiceGeneratorSet (VM vm, ChoiceGenerator<?> newCG) {
-
-    // Initialize with necessary information from the CG
-    if (newCG instanceof IntIntervalGenerator) {
-      IntIntervalGenerator iigCG = (IntIntervalGenerator) newCG;
-      // Check if CG has been initialized, otherwise initialize it
-      if (!isInitialized) {
-        Integer[] choices = iigCG.getChoices();
-        // Get the upper bound from the last element of the choices
-        choiceUpperBound = choices[choices.length - 1];
-        isInitialized = true;
+  public void choiceGeneratorRegistered(VM vm, ChoiceGenerator<?> nextCG, ThreadInfo currentThread, Instruction executedInstruction) {
+    if (stateReductionMode) {
+      // 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();
+        if (!isInitialized) {
+          // Get the upper bound from the last element of the choices
+          choiceUpperBound = cgChoices[cgChoices.length - 1];
+          isInitialized = true;
+        }
+        // Record the subsequent Integer CGs only until we hit the upper bound
+        if (!isResetAfterAnalysis) {
+          if (choiceCounter <= choiceUpperBound && !cgMap.containsValue(choiceCounter)) {
+            // Update the choices of the first CG and add '-1'
+            if (choices == null) {
+              // Initialize backtrack set that stores all the explored backtrack lists
+              maxUpperBound = cgChoices.length;
+              // All the choices are always the same so we only need to update it once
+              choices = new Integer[cgChoices.length + 1];
+              System.arraycopy(cgChoices, 0, choices, 0, cgChoices.length);
+              choices[choices.length - 1] = -1;
+              String firstChoiceListString = buildStringFromChoiceList(choices);
+              backtrackSet.add(firstChoiceListString);
+            }
+            icsCG.setNewValues(choices);
+            icsCG.reset();
+            // Advance the current Integer CG
+            // This way we explore all the event numbers in the first pass
+            icsCG.advance(choices[choiceCounter]);
+            cgMap.put(icsCG, choices[choiceCounter]);
+          } else {
+            // We repeat the same trace if a state match is not found yet
+            icsCG.setNewValues(choices);
+            icsCG.reset();
+            // Use a modulo since choiceCounter is going to keep increasing
+            int choiceIndex = choiceCounter % (choices.length - 1);
+            icsCG.advance(choices[choiceIndex]);
+            unusedCG.add(icsCG);
+          }
+          choiceCounter++;
+        } else {
+          // Set new CGs to done so that the search algorithm explores the existing CGs
+          icsCG.setDone();
+        }
+      }
+    }
+  }
+
+  private void resetAllCGs() {
+    // Extract the event numbers that have backtrack lists
+    Set<Integer> eventSet = backtrackMap.keySet();
+    // Return if there is no conflict at all (highly unlikely)
+    if (eventSet.isEmpty()) {
+      // Set every CG to done!
+      for (IntChoiceFromSet cg : cgMap.keySet()) {
+        cg.setDone();
+      }
+      return;
+    }
+    // Reset every CG with the first backtrack lists
+    for (IntChoiceFromSet cg : cgMap.keySet()) {
+      int event = cgMap.get(cg);
+      LinkedList<Integer[]> choiceLists = backtrackMap.get(event);
+      if (choiceLists != null && choiceLists.peekFirst() != null) {
+        Integer[] choiceList = choiceLists.removeFirst();
+        // Deploy the new choice list for this CG
+        cg.setNewValues(choiceList);
+        cg.reset();
       } else {
-        newCG.setDone();
+        cg.setDone();
       }
     }
+    // Set done every CG in the unused CG set
+    for (IntChoiceFromSet cg : unusedCG) {
+      cg.setDone();
+    }
+    unusedCG.clear();
+  }
+
+  private void incrementVisitedStateCounter(int stId) {
+    // Increment counter for this state ID
+    if (visitedStateCounter.containsKey(stId)) {
+      int stateCount = visitedStateCounter.get(stId);
+      visitedStateCounter.put(stId, stateCount + 1);
+    } else {
+      // If we have seen it then the frequency is 2
+      visitedStateCounter.put(stId, 2);
+    }
+  }
+
+  private boolean isVisitedMultipleTimes(int stId) {
+    // Return true if the state has been visited more than once
+    if (visitedStateCounter.containsKey(stId) &&
+            visitedStateCounter.get(stId) > 1) {
+      return true;
+    }
+    return false;
   }
 
   @Override
-  public void choiceGeneratorAdvanced (VM vm, ChoiceGenerator<?> currentCG) {
-    // Check every choice generated and make sure that all the available choices
-    // are chosen first before repeating the same choice of value twice!
-    if (currentCG instanceof IntIntervalGenerator) {
-      IntIntervalGenerator iigCG = (IntIntervalGenerator) currentCG;
-      Integer nextChoice = iigCG.getNextChoice();
-      if (!cgChoiceSet.contains(nextChoice)) {
-        cgChoiceSet.add(nextChoice);
+  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) {
+        if (!isBooleanCGFlipped) {
+          isBooleanCGFlipped = true;
+        } else {
+          initializeStateReduction();
+        }
       }
-      // Allow reinitialization after an upper bound is hit
-      // This means all available choices have been explored once during this iteration
-      if (cgChoiceSet.contains(choiceUpperBound)) {
-        isInitialized = false;
-        cgChoiceSet.clear();
+      // Check every choice generated and make sure that all the available choices
+      // are chosen first before repeating the same choice of value twice!
+      if (currentCG instanceof IntChoiceFromSet) {
+        IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) currentCG;
+        // Update the current pointer to the current set of choices
+        if (choices == null || choices != icsCG.getAllChoices()) {
+          currCG = icsCG;
+          choices = icsCG.getAllChoices();
+          // Reset a few things for the sub-graph
+          conflictPairMap.clear();
+          readWriteFieldsMap.clear();
+          choiceCounter = 0;
+        }
+        if (!vm.isNewState()) {
+          incrementVisitedStateCounter(stateId);
+        }
+        // Check if we have seen this state and it's not looping back to itself
+        if (prevStateId != -1 && stateId != prevStateId && isVisitedMultipleTimes(stateId)) {
+          // Traverse the sub-graphs
+          if (isResetAfterAnalysis) {
+            // Advance choice counter for sub-graphs
+            choiceCounter++;
+            // Do this for every CG after finishing each backtrack list
+            // We try to update the CG with a backtrack list if the state has been visited multiple times
+            if ((icsCG.getNextChoice() == -1 || choiceCounter > 1) && cgMap.containsKey(icsCG)) {
+              int event = cgMap.get(icsCG);
+              LinkedList<Integer[]> choiceLists = backtrackMap.get(event);
+              if (choiceLists != null && choiceLists.peekFirst() != null) {
+                Integer[] choiceList = choiceLists.removeFirst();
+                // Deploy the new choice list for this CG
+                icsCG.setNewValues(choiceList);
+                icsCG.reset();
+              } else {
+                // Set done if this was the last backtrack list
+                icsCG.setDone();
+              }
+            }
+          } else {
+            // Update and reset the CG if needed (do this for the first time after the analysis)
+            // Start backtracking if this is a visited state and it is not a repeating state
+            resetAllCGs();
+            isResetAfterAnalysis = true;
+          }
+        }
       }
     }
   }
 
+  public void updateVODGraph(int prevChoice, int currChoice) {
+
+    HashSet<Integer> choiceSet;
+    if (vodGraphMap.containsKey(prevChoice)) {
+      // If the key already exists, just retrieve it
+      choiceSet = vodGraphMap.get(prevChoice);
+    } else {
+      // Create a new entry
+      choiceSet = new HashSet<>();
+      vodGraphMap.put(prevChoice, choiceSet);
+    }
+    choiceSet.add(currChoice);
+  }
+
+  private void updateStateId(Search search) {
+    // Saving the previous state
+    prevStateId = stateId;
+    // Line 19 in the paper page 11 (see the heading note above)
+    stateId = search.getStateId();
+  }
+
   @Override
   public void stateAdvanced(Search search) {
-    String theEnd = null;
-    id = search.getStateId();
-    depth = search.getDepth();
-    operation = "forward";
-    transition = search.getTransition();
-    if (transition != null) {
-      annotation = transition.getAnnotation();
-      label = transition.getLabel();
-      output = transition.getOutput();
-      stateId = transition.getStateId();
-    }
-    if (search.isNewState()) {
-      detail = "new";
+    if (debugMode) {
+      id = search.getStateId();
+      depth = search.getDepth();
+      transition = search.getTransition();
+      if (search.isNewState()) {
+        detail = "new";
+      } else {
+        detail = "visited";
+      }
+
+      if (search.isEndState()) {
+        out.println("\n==> DEBUG: This is the last state!\n");
+        detail += " end";
+      }
+      out.println("\n==> DEBUG: The state is forwarded to state with id: " + id + " with depth: " + depth +
+              " which is " + detail + " Transition: " + transition + "\n");
+    }
+    if (stateReductionMode) {
+      // Update vodGraph
+      int currChoice = choiceCounter - 1;
+      // Adjust currChoice with modulo
+      currChoice = currChoice >= 0 ? currChoice % (choices.length -1) : currChoice;
+      if (currChoice < 0 || choices[currChoice] == -1 ||
+              prevChoiceValue == choices[currChoice]) {
+//              || currChoice > choices.length - 1 || choices[currChoice] == -1 ||
+//              prevChoiceValue == choices[currChoice]) {
+//        // When current choice is 0, previous choice could be -1
+//        updateVODGraph(prevChoiceValue, choices[currChoice]);
+//        // Current choice becomes previous choice in the next iteration
+//        prevChoiceValue = choices[currChoice];
+        // Update the state ID variables
+        updateStateId(search);
+        // Handle all corner cases (e.g., out of bound values)
+        return;
+      }
+      // When current choice is 0, previous choice could be -1
+      updateVODGraph(prevChoiceValue, choices[currChoice]);
+      // Current choice becomes previous choice in the next iteration
+      prevChoiceValue = choices[currChoice];
+      // Update the state ID variables
+      updateStateId(search);
+    }
+  }
+
+  @Override
+  public void stateBacktracked(Search search) {
+    if (debugMode) {
+      id = search.getStateId();
+      depth = search.getDepth();
+      transition = search.getTransition();
+      detail = null;
+
+      // Update the state variables
+      // Saving the previous state
+      prevStateId = stateId;
+      // Line 19 in the paper page 11 (see the heading note above)
+      stateId = search.getStateId();
+
+      out.println("\n==> DEBUG: The state is backtracked to state with id: " + id + " -- Transition: " + transition +
+              " and depth: " + depth + "\n");
+    }
+  }
+
+  @Override
+  public void searchFinished(Search search) {
+    if (debugMode) {
+      out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search finished" + "\n");
+    }
+  }
+
+  // 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;
+
+    public ReadWriteSet() {
+      readSet = new HashMap<>();
+      writeSet = new HashMap<>();
+    }
+
+    public void addReadField(String field, int objectId) {
+      readSet.put(field, objectId);
+    }
+
+    public void addWriteField(String field, int objectId) {
+      writeSet.put(field, objectId);
+    }
+
+    public boolean readFieldExists(String field) {
+      return readSet.containsKey(field);
+    }
+
+    public boolean writeFieldExists(String field) {
+      return writeSet.containsKey(field);
+    }
+
+    public int readFieldObjectId(String field) {
+      return readSet.get(field);
+    }
+
+    public int writeFieldObjectId(String field) {
+      return writeSet.get(field);
+    }
+  }
+
+  private void analyzeReadWriteAccesses(Instruction executedInsn, String fieldClass, int currentChoice) {
+    // Do the analysis to get Read and Write accesses to fields
+    ReadWriteSet rwSet;
+    // We already have an entry
+    if (readWriteFieldsMap.containsKey(choices[currentChoice])) {
+      rwSet = readWriteFieldsMap.get(choices[currentChoice]);
+    } else { // We need to create a new entry
+      rwSet = new ReadWriteSet();
+      readWriteFieldsMap.put(choices[currentChoice], rwSet);
+    }
+    int objectId = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo().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_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST) {
+        if (fieldClass.startsWith(str)) {
+          return;
+        }
+      }
+      rwSet.addWriteField(fieldClass, objectId);
+    } else if (executedInsn instanceof ReadInstruction) {
+      rwSet.addReadField(fieldClass, objectId);
+    }
+  }
+
+  private boolean recordConflictPair(int currentEvent, int eventNumber) {
+    HashSet<Integer> conflictSet;
+    if (!conflictPairMap.containsKey(currentEvent)) {
+      conflictSet = new HashSet<>();
+      conflictPairMap.put(currentEvent, conflictSet);
     } else {
-      detail = "visited";
+      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
+    if (conflictSet.contains(eventNumber)) {
+      return false;
+    }
+    // If it hasn't been recorded, then do otherwise
+    conflictSet.add(eventNumber);
+    return true;
+  }
+
+  private String buildStringFromChoiceList(Integer[] newChoiceList) {
 
-    if (search.isEndState()) {
-      out.println("This is the last state!");
-      theEnd = "end";
+    // When we see a choice list shorter than the upper bound, e.g., [3,2] for choices 0,1,2, and 3,
+    //  then we have to pad the beginning before we store it, because [3,2] actually means [0,1,3,2]
+    // First, calculate the difference between this choice list and the upper bound
+    //  The actual list doesn't include '-1' at the end
+    int actualListLength = newChoiceList.length - 1;
+    int diff = maxUpperBound - actualListLength;
+    StringBuilder sb = new StringBuilder();
+    // Pad the beginning if necessary
+    for (int i = 0; i < diff; i++) {
+      sb.append(i);
     }
+    // Then continue with the actual choice list
+    // We don't include the '-1' at the end
+    for (int i = 0; i < newChoiceList.length - 1; i++) {
+      sb.append(newChoiceList[i]);
+    }
+    return sb.toString();
+  }
 
-    //out.println("stateId: "+stateId+", output: "+output+", label: "+label);
-    out.println("\nThe state is forwarded to state with id: "+id+", with depth: "+depth+" which is "+detail+" Transition: "+transition+" state: "+"% "+theEnd+"##LockValue: "+valueVarLock+", ##ContactValue: "+valueVarContact +"\n");
+  private void checkAndAddBacktrackList(LinkedList<Integer[]> backtrackChoiceLists, Integer[] newChoiceList) {
 
-    if (search.isEndState()) {
-      detail += " end";
+    String newChoiceListString = buildStringFromChoiceList(newChoiceList);
+    // Add only if we haven't seen this combination before
+    if (!backtrackSet.contains(newChoiceListString)) {
+      backtrackSet.add(newChoiceListString);
+      backtrackChoiceLists.addLast(newChoiceList);
     }
   }
 
-  @Override
-  public void stateBacktracked(Search search) {
-    id = search.getStateId();
-    depth = search.getDepth();
-    operation = "backtrack";
-    transition = search.getTransition();
-    if (transition != null) {
-      annotation = transition.getAnnotation();
-      label = transition.getLabel();
-      output = transition.getOutput();
-      stateId = transition.getStateId();
+  private void createBacktrackChoiceList(int currentChoice, int conflictEventNumber) {
+
+    LinkedList<Integer[]> backtrackChoiceLists;
+    // Create a new list of choices for backtrack based on the current choice and conflicting event number
+    // If we have a conflict between 1 and 3, then we create the list {3, 1, 2, 4, 5} for backtrack
+    // The backtrack point is the CG for event number 1 and the list length is one less than the original list
+    // (originally of length 6) since we don't start from event number 0
+    if (!isResetAfterAnalysis) {
+      // Check if we have a list for this choice number
+      // If not we create a new one for it
+      if (!backtrackMap.containsKey(conflictEventNumber)) {
+        backtrackChoiceLists = new LinkedList<>();
+        backtrackMap.put(conflictEventNumber, backtrackChoiceLists);
+      } else {
+        backtrackChoiceLists = backtrackMap.get(conflictEventNumber);
+      }
+      int maxListLength = choiceUpperBound + 1;
+      int listLength = maxListLength - conflictEventNumber;
+      Integer[] newChoiceList = new Integer[listLength + 1];
+      // Put the conflicting event numbers first and reverse the order
+      newChoiceList[0] = choices[currentChoice];
+      newChoiceList[1] = choices[conflictEventNumber];
+      // Put the rest of the event numbers into the array starting from the minimum to the upper bound
+      for (int i = conflictEventNumber + 1, j = 2; j < listLength; i++) {
+        if (choices[i] != choices[currentChoice]) {
+          newChoiceList[j] = choices[i];
+          j++;
+        }
+      }
+      // Set the last element to '-1' as the end of the sequence
+      newChoiceList[newChoiceList.length - 1] = -1;
+      checkAndAddBacktrackList(backtrackChoiceLists, newChoiceList);
+      // The start index for the recursion is always 1 (from the main branch)
+    } else { // This is a sub-graph
+      // There is a case/bug that after a re-initialization, currCG is not yet initialized
+      if (currCG != null && cgMap.containsKey(currCG)) {
+        int backtrackListIndex = cgMap.get(currCG);
+        backtrackChoiceLists = backtrackMap.get(backtrackListIndex);
+        int listLength = choices.length;
+        Integer[] newChoiceList = new Integer[listLength];
+        // Copy everything before the conflict number
+        for (int i = 0; i < conflictEventNumber; i++) {
+          newChoiceList[i] = choices[i];
+        }
+        // Put the conflicting events
+        newChoiceList[conflictEventNumber] = choices[currentChoice];
+        newChoiceList[conflictEventNumber + 1] = choices[conflictEventNumber];
+        // Copy the rest
+        for (int i = conflictEventNumber + 1, j = conflictEventNumber + 2; j < listLength - 1; i++) {
+          if (choices[i] != choices[currentChoice]) {
+            newChoiceList[j] = choices[i];
+            j++;
+          }
+        }
+        // Set the last element to '-1' as the end of the sequence
+        newChoiceList[newChoiceList.length - 1] = -1;
+        checkAndAddBacktrackList(backtrackChoiceLists, newChoiceList);
+      }
+    }
+  }
+
+  // We exclude fields that come from libraries (Java and Groovy), and also the infrastructure
+  private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST =
+          // Java and Groovy libraries
+          { "java", "org", "sun", "com", "gov", "groovy"};
+  private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_ENDS_WITH_LIST =
+          // Groovy library created fields
+          {"stMC", "callSiteArray", "metaClass", "staticClassInfo", "__constructor__",
+                  // Infrastructure
+                  "sendEvent", "Object", "reference", "location", "app", "state", "log", "functionList", "objectList",
+                  "eventList", "valueList", "settings", "printToConsole", "app1", "app2"};
+  private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_CONTAINS_LIST = {"_closure"};
+  private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST = {"Event"};
+
+  private boolean isFieldExcluded(String field) {
+    // Check against "starts-with" list
+    for(String str : EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST) {
+      if (field.startsWith(str)) {
+        return true;
+      }
+    }
+    // Check against "ends-with" list
+    for(String str : EXCLUDED_FIELDS_ENDS_WITH_LIST) {
+      if (field.endsWith(str)) {
+        return true;
+      }
+    }
+    // Check against "contains" list
+    for(String str : EXCLUDED_FIELDS_CONTAINS_LIST) {
+      if (field.contains(str)) {
+        return true;
+      }
     }
-    detail = null;
 
-    out.println("\nThe state is backtracked to state with id: "+id+" Transition: "+ transition+", with depth: "+depth+"##LockValue: "+valueVarLock+", ##ContactValue: "+valueVarContact +"\n");
+    return false;
+  }
+
+  // This method checks whether a choice is reachable in the VOD graph from a reference choice
+  // This is a BFS search
+  private boolean isReachableInVODGraph(int checkedChoice, int referenceChoice) {
+    // Record visited choices as we search in the graph
+    HashSet<Integer> visitedChoice = new HashSet<>();
+    visitedChoice.add(referenceChoice);
+    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(referenceChoice)) {
+      nodesToVisit.addAll(vodGraphMap.get(referenceChoice));
+      while(!nodesToVisit.isEmpty()) {
+        int currChoice = nodesToVisit.getFirst();
+        if (currChoice == checkedChoice) {
+          return true;
+        }
+        if (visitedChoice.contains(currChoice)) {
+          // If there is a loop then we don't find it
+          return false;
+        }
+        // Continue searching
+        visitedChoice.add(currChoice);
+        HashSet<Integer> currChoiceNextNodes = vodGraphMap.get(currChoice);
+        if (currChoiceNextNodes != null) {
+          // Add only if there is a mapping for next nodes
+          for (Integer nextNode : currChoiceNextNodes) {
+            nodesToVisit.addLast(nextNode);
+          }
+        }
+      }
+    }
+    return false;
   }
 
   @Override
-  public void searchFinished(Search search) {
-    out.println("----------------------------------- search finished");
+  public void instructionExecuted(VM vm, ThreadInfo ti, Instruction nextInsn, Instruction executedInsn) {
+    if (stateReductionMode) {
+      if (isInitialized) {
+        if (choiceCounter <= 0 || choiceCounter > choices.length - 1) {
+          // We do not compute the conflicts for the choice '-1'
+          return;
+        }
+        int currentChoice = choiceCounter - 1;
+        // 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);
+          }
+        }
+        // Analyze conflicts from next instructions
+        if (nextInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
+          // The constructor is only called once when the object is initialized
+          // It does not have shared access with other objects
+          MethodInfo mi = nextInsn.getMethodInfo();
+          if (!mi.getName().equals("<init>")) {
+            String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getFullName();
+            // We don't care about libraries
+            if (!isFieldExcluded(fieldClass)) {
+              // Check for conflict (go backward from currentChoice and get the first conflict)
+              // If the current event has conflicts with multiple events, then these will be detected
+              // one by one as this recursively checks backward when backtrack set is revisited and executed.
+              for (int eventNumber = currentChoice - 1; eventNumber >= 0; eventNumber--) {
+                // Skip if this event number does not have any Read/Write set
+                if (!readWriteFieldsMap.containsKey(choices[eventNumber])) {
+                  continue;
+                }
+                ReadWriteSet rwSet = readWriteFieldsMap.get(choices[eventNumber]);
+                int currObjId = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getClassInfo().getClassObjectRef();
+                // 1) 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)) {
+                  // We do not record and service the same backtrack pair/point twice!
+                  // If it has been serviced before, we just skip this
+                  if (recordConflictPair(currentChoice, eventNumber)) {
+                    // Lines 4-8 of the algorithm in the paper page 11 (see the heading note above)
+                    if (vm.isNewState() ||
+                            (!vm.isNewState() && isReachableInVODGraph(choices[currentChoice], choices[currentChoice-1]))) {
+                      createBacktrackChoiceList(currentChoice, eventNumber);
+                      // Break if a conflict is found!
+                      break;
+                    }
+                  }
+                }
+              }
+            }
+          }
+        }
+      }
+    }
   }
-}
\ No newline at end of file
+}