Fixing bugs and cleaning up: Continuing sub-graph executions when there is no matched...
[jpf-core.git] / src / main / gov / nasa / jpf / listener / StateReducer.java
index ffeca2078d316eda1abcb806dde561fdc3d28ec5..e03135454330bf21df98cb80db167cfc819fd8de 100644 (file)
  */
 package gov.nasa.jpf.listener;
 
-import com.sun.org.apache.xpath.internal.operations.Bool;
 import gov.nasa.jpf.Config;
 import gov.nasa.jpf.JPF;
 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.IntChoiceFromSet;
-import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntIntervalGenerator;
 
-import java.awt.*;
 import java.io.PrintWriter;
 
 import java.util.*;
-import java.util.List;
 
 // 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 {
 
@@ -48,26 +52,52 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
   private boolean debugMode;
   private boolean stateReductionMode;
   private final PrintWriter out;
-  volatile private String detail;
-  volatile private int depth;
-  volatile private int id;
-  Transition transition;
+  private String detail;
+  private int depth;
+  private int id;
+  private Transition transition;
 
   // State reduction fields
+  private Integer[] choices;
+  private Integer[] refChoices;
+  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;
+  private HashMap<IntChoiceFromSet, Integer> cgMap;
   // Record the mapping between event number and field accesses (Read and Write)
-  private HashMap<Integer,ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;
+  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;
-  private HashMap<Integer,HashSet<Integer>> conflictPairMap;
+  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 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 HashSet<Integer> justVisitedStates;
+  // Previous choice number
+  private int prevChoiceValue;
+  // HashSet that stores references to unused CGs
+  private HashSet<IntChoiceFromSet> unusedCG;
 
-  public StateReducer (Config config, JPF jpf) {
+  //private HashMap<Integer, ConflictTracker.Node> stateGraph;
+  private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> stateToEventMap;
+  // Map state to event
+  // Visited states in the previous and current executions/traces for terminating condition
+  private HashSet<Integer> prevVisitedStates;
+  private HashSet<Integer> currVisitedStates;
+
+  public StateReducer(Config config, JPF jpf) {
     debugMode = config.getBoolean("debug_state_transition", false);
     stateReductionMode = config.getBoolean("activate_state_reduction", true);
     if (debugMode) {
@@ -80,19 +110,35 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
     id = 0;
     transition = null;
     isBooleanCGFlipped = false;
+    vodGraphMap = new HashMap<>();
+    justVisitedStates = new HashSet<>();
+    prevChoiceValue = -1;
+    cgMap = new HashMap<>();
+    readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
+    backtrackMap = new HashMap<>();
+    backtrackSet = new HashSet<>();
+    conflictPairMap = new HashMap<>();
+    unusedCG = new HashSet<>();
+    stateToEventMap = new HashMap<>();
+    prevVisitedStates = new HashSet<>();
+    currVisitedStates = new HashSet<>();
     initializeStateReduction();
   }
 
   private void initializeStateReduction() {
     if (stateReductionMode) {
+      choices = null;
+      refChoices = null;
+      currCG = null;
       choiceCounter = 0;
       choiceUpperBound = 0;
+      maxUpperBound = 0;
       isInitialized = false;
       isResetAfterAnalysis = false;
-      cgMap = new HashMap<>();
-      readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
-      backtrackMap = new HashMap<>();
-      conflictPairMap = new HashMap<>();
+      cgMap.clear();
+      resetReadWriteAnalysis();
+      backtrackMap.clear();
+      backtrackSet.clear();
     }
   }
 
@@ -116,50 +162,115 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
     }
   }
 
+  private void resetReadWriteAnalysis() {
+    // Reset the following data structure when the choice counter reaches 0 again
+    conflictPairMap.clear();
+    readWriteFieldsMap.clear();
+  }
+
+  private IntChoiceFromSet setNewCG(IntChoiceFromSet icsCG) {
+    icsCG.setNewValues(choices);
+    icsCG.reset();
+    // Use a modulo since choiceCounter is going to keep increasing
+    int choiceIndex = choiceCounter % choices.length;
+    icsCG.advance(choices[choiceIndex]);
+    if (choiceIndex == 0) {
+      resetReadWriteAnalysis();
+    }
+    return icsCG;
+  }
+
+  private Integer[] copyChoices(Integer[] choicesToCopy) {
+
+    Integer[] copyOfChoices = new Integer[choicesToCopy.length];
+    System.arraycopy(choicesToCopy, 0, copyOfChoices, 0, choicesToCopy.length);
+    return copyOfChoices;
+  }
+
+  private void continueExecutingThisTrace(IntChoiceFromSet icsCG) {
+    // We repeat the same trace if a state match is not found yet
+    IntChoiceFromSet setCG = setNewCG(icsCG);
+    unusedCG.add(setCG);
+  }
+
+  private void initializeChoiceGenerators(IntChoiceFromSet icsCG, Integer[] cgChoices) {
+    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
+        // Get the choice array and final choice in the array
+        choices = cgChoices;
+        // Make a copy of choices as reference
+        refChoices = copyChoices(choices);
+        String firstChoiceListString = buildStringFromChoiceList(choices);
+        backtrackSet.add(firstChoiceListString);
+      }
+      IntChoiceFromSet setCG = setNewCG(icsCG);
+      cgMap.put(setCG, refChoices[choiceCounter]);
+    } else {
+      continueExecutingThisTrace(icsCG);
+    }
+  }
+
+  private void manageChoiceGeneratorsInSubsequentTraces(IntChoiceFromSet icsCG) {
+    // If this is the first iteration of the trace then set other CGs done
+    if (choiceCounter <= choiceUpperBound) {
+      icsCG.setDone();
+    } else {
+      // If this is the subsequent iterations of the trace then set up new CGs to continue the execution
+      continueExecutingThisTrace(icsCG);
+    }
+  }
+
   @Override
-  public void choiceGeneratorRegistered (VM vm, ChoiceGenerator<?> nextCG, ThreadInfo currentThread, Instruction executedInstruction) {
+  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
-        Object[] choices = icsCG.getAllChoices();
+        Integer[] cgChoices = icsCG.getAllChoices();
         if (!isInitialized) {
           // Get the upper bound from the last element of the choices
-          choiceUpperBound = (Integer) choices[choices.length - 1];
+          choiceUpperBound = cgChoices[cgChoices.length - 1];
           isInitialized = true;
         }
         // Record the subsequent Integer CGs only until we hit the upper bound
-        if (choiceCounter < choiceUpperBound && !cgMap.containsValue(choiceCounter)) {
-          // Update the choices of the first CG and add '-1'
-          Integer[] newChoices = new Integer[choices.length + 1];
-          System.arraycopy(choices, 0, newChoices, 0, choices.length);
-          newChoices[newChoices.length - 1] = -1;
-          icsCG.setNewValues(newChoices);
-          icsCG.reset();
-          // Advance the current Integer CG
-          // This way we explore all the event numbers in the first pass
-          icsCG.advance(choiceCounter);
-          cgMap.put(icsCG, choiceCounter);
-          choiceCounter++;
+        if (!isResetAfterAnalysis) {
+          initializeChoiceGenerators(icsCG, cgChoices);
         } else {
-          // Set done the subsequent CGs
-          // We only need n CGs (n is event numbers)
-          icsCG.setDone();
+          // Set new CGs to done so that the search algorithm explores the existing CGs
+          //icsCG.setDone();
+          manageChoiceGeneratorsInSubsequentTraces(icsCG);
         }
+        choiceCounter++;
       }
     }
   }
 
+  private void setDoneUnusedCG() {
+    // Set done every CG in the unused CG set
+    for (IntChoiceFromSet cg : unusedCG) {
+      cg.setDone();
+    }
+    unusedCG.clear();
+  }
+
   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()) {
+    for (IntChoiceFromSet cg : cgMap.keySet()) {
       int event = cgMap.get(cg);
       LinkedList<Integer[]> choiceLists = backtrackMap.get(event);
       if (choiceLists != null && choiceLists.peekFirst() != null) {
@@ -167,14 +278,118 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
         // Deploy the new choice list for this CG
         cg.setNewValues(choiceList);
         cg.reset();
+      } else {
+        cg.setDone();
       }
     }
+    setDoneUnusedCG();
+    saveVisitedStates();
+  }
+
+  // Detect cycles in the current execution/trace
+  // We terminate the execution iff:
+  // (1) the state has been visited in the current execution
+  // (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) {
+
+    HashSet<Integer> visitedEvents = stateToEventMap.get(stId);
+    boolean containsCyclesWithAllEvts = false;
+    if (checkIfAllEventsInvolved(visitedEvents)) {
+      containsCyclesWithAllEvts = true;
+    }
+
+    return containsCyclesWithAllEvts;
+  }
+
+  private boolean checkIfAllEventsInvolved(HashSet<Integer> visitedEvents) {
+
+    // Check if this set contains all the event choices
+    // If not then this is not the terminating condition
+    for(int i=0; i<=choiceUpperBound; i++) {
+      if (!visitedEvents.contains(i)) {
+        return false;
+      }
+    }
+    return true;
+  }
+
+  private void saveVisitedStates() {
+    // CG is being reset
+    // Save all the visited states
+    prevVisitedStates.addAll(currVisitedStates);
+    currVisitedStates.clear();
+  }
+
+  private void updateChoicesForNewExecution(IntChoiceFromSet icsCG) {
+    if (choices == null || choices != icsCG.getAllChoices()) {
+      currCG = icsCG;
+      choices = icsCG.getAllChoices();
+      refChoices = copyChoices(choices);
+      // Reset a few things for the sub-graph
+      resetReadWriteAnalysis();
+      choiceCounter = 0;
+    }
+  }
+
+  private void exploreNextBacktrackSets(IntChoiceFromSet icsCG) {
+    // Traverse the sub-graphs
+    if (isResetAfterAnalysis) {
+      // 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)) {
+      //if ((!icsCG.hasMoreChoices() || choiceCounter > 1) && cgMap.containsKey(icsCG)) {
+      if (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();
+        }
+        setDoneUnusedCG();
+        saveVisitedStates();
+      }
+    } 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;
+    }
+  }
+
+  private void checkAndEnforceFairScheduling(IntChoiceFromSet icsCG) {
+    // Check the next choice and if the value is not the same as the expected then force the expected value
+    int choiceIndex = (choiceCounter - 1) % refChoices.length;
+    if (choices[choiceIndex] != icsCG.getNextChoiceIndex()) {
+      int expectedChoice = refChoices[choiceIndex];
+      int currCGIndex = icsCG.getNextChoiceIndex();
+      if ((currCGIndex >= 0) && (currCGIndex < refChoices.length)) {
+        icsCG.setChoice(currCGIndex, expectedChoice);
+      }
+    }
+  }
+
+  private boolean terminateCurrentExecution() {
+    // 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)) {
+        return true;
+      }
+    }
+    return false;
   }
 
   @Override
-  public void choiceGeneratorAdvanced (VM vm, ChoiceGenerator<?> currentCG) {
-               
-    if(stateReductionMode) {
+  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) {
@@ -187,29 +402,59 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
       // are chosen first before repeating the same choice of value twice!
       if (currentCG instanceof IntChoiceFromSet) {
         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) currentCG;
-        // Update and reset the CG if needed (do this for the first time after the analysis)
-        if (!isResetAfterAnalysis && icsCG.getNextChoice() == -1) {
-          resetAllCGs();
-          isResetAfterAnalysis = true;
-        }
-        // Do this for every CG after finishing each backtrack list
-        if (isResetAfterAnalysis && icsCG.getNextChoice() == -1) {
-          int event = cgMap.get(icsCG);
-          LinkedList<Integer[]> choiceLists = backtrackMap.get(event);
-          if (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();
-          }
+        // Update the current pointer to the current set of choices
+        updateChoicesForNewExecution(icsCG);
+        // Check if we have seen this state or this state contains cycles that involve all events
+        if (terminateCurrentExecution()) {
+          exploreNextBacktrackSets(icsCG);
         }
+        justVisitedStates.clear();
+        // If we don't see a fair scheduling of events/choices then we have to enforce it
+        checkAndEnforceFairScheduling(icsCG);
+        // Update the VOD graph always with the latest
+        updateVODGraph(icsCG.getNextChoice());
       }
     }
   }
 
+  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;
+  }
+
+  private void mapStateToEvent(Search search, int stateId) {
+    // Insert state ID and event choice into the map
+    HashSet<Integer> eventSet;
+    if (stateToEventMap.containsKey(stateId)) {
+      eventSet = stateToEventMap.get(stateId);
+    } else {
+      eventSet = new HashSet<>();
+      stateToEventMap.put(stateId, eventSet);
+    }
+    eventSet.add(prevChoiceValue);
+  }
+
+  private void updateStateInfo(Search search) {
+    if (stateReductionMode) {
+      // Update the state variables
+      // Line 19 in the paper page 11 (see the heading note above)
+      int stateId = search.getStateId();
+      currVisitedStates.add(stateId);
+      mapStateToEvent(search, stateId);
+      justVisitedStates.add(stateId);
+    }
+  }
+
   @Override
   public void stateAdvanced(Search search) {
     if (debugMode) {
@@ -229,6 +474,7 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
       out.println("\n==> DEBUG: The state is forwarded to state with id: " + id + " with depth: " + depth +
               " which is " + detail + " Transition: " + transition + "\n");
     }
+    updateStateInfo(search);
   }
 
   @Override
@@ -242,6 +488,7 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
       out.println("\n==> DEBUG: The state is backtracked to state with id: " + id + " -- Transition: " + transition +
               " and depth: " + depth + "\n");
     }
+    updateStateInfo(search);
   }
 
   @Override
@@ -252,48 +499,64 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
   }
 
   // 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 HashSet<String> readSet;
-    private HashSet<String> writeSet;
+    private HashMap<String, Integer> readSet;
+    private HashMap<String, Integer> writeSet;
 
     public ReadWriteSet() {
-      readSet = new HashSet<>();
-      writeSet = new HashSet<>();
+      readSet = new HashMap<>();
+      writeSet = new HashMap<>();
     }
 
-    public void addReadField(String field) {
-      readSet.add(field);
+    public void addReadField(String field, int objectId) {
+      readSet.put(field, objectId);
     }
 
-    public void addWriteField(String field) {
-      writeSet.add(field);
+    public void addWriteField(String field, int objectId) {
+      writeSet.put(field, objectId);
     }
 
     public boolean readFieldExists(String field) {
-      return readSet.contains(field);
+      return readSet.containsKey(field);
     }
 
     public boolean writeFieldExists(String field) {
-      return writeSet.contains(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) {
+  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(choiceCounter)) {
-      rwSet = readWriteFieldsMap.get(choiceCounter);
+    if (readWriteFieldsMap.containsKey(refChoices[currentChoice])) {
+      rwSet = readWriteFieldsMap.get(refChoices[currentChoice]);
     } else { // We need to create a new entry
       rwSet = new ReadWriteSet();
-      readWriteFieldsMap.put(choiceCounter, rwSet);
+      readWriteFieldsMap.put(refChoices[currentChoice], rwSet);
     }
+    int objectId = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo().getClassInfo().getClassObjectRef();
     // Record the field in the map
     if (executedInsn instanceof WriteInstruction) {
-      rwSet.addWriteField(fieldClass);
-    }
-    if (executedInsn instanceof ReadInstruction) {
-      rwSet.addReadField(fieldClass);
+      // 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);
     }
   }
 
@@ -315,103 +578,221 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
     return true;
   }
 
+  private String buildStringFromChoiceList(Integer[] newChoiceList) {
+
+    // 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();
+  }
+
+  private void checkAndAddBacktrackList(LinkedList<Integer[]> backtrackChoiceLists, Integer[] newChoiceList) {
+
+    String newChoiceListString = buildStringFromChoiceList(newChoiceList);
+    // Add only if we haven't seen this combination before
+    if (!backtrackSet.contains(newChoiceListString)) {
+      backtrackSet.add(newChoiceListString);
+      backtrackChoiceLists.addLast(newChoiceList);
+    }
+  }
+
   private void createBacktrackChoiceList(int currentChoice, int conflictEventNumber) {
 
-    int minChoice = Math.min(currentChoice, conflictEventNumber);
-    int maxChoice = Math.max(currentChoice, conflictEventNumber);
     LinkedList<Integer[]> backtrackChoiceLists;
-    // Check if we have a list for this choice number
-    // If not we create a new one for it
-    if (!backtrackMap.containsKey(minChoice)) {
-      backtrackChoiceLists = new LinkedList<>();
-      backtrackMap.put(minChoice, backtrackChoiceLists);
-    } else {
-      backtrackChoiceLists = backtrackMap.get(minChoice);
-    }
-    // TODO: The following might change depending on the POR implementation detail
     // 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
-    int maxListLength = choiceUpperBound + 1;
-    int listLength = maxListLength - minChoice;
-    Integer[] choiceList = new Integer[listLength+1];
-    // Put the conflicting event numbers first and reverse the order
-    choiceList[0] = maxChoice;
-    choiceList[1] = minChoice;
-    // Put the rest of the event numbers into the array starting from the minimum to the upper bound
-    for(int i = minChoice + 1, j = 2; j < listLength; i++) {
-      if (i != maxChoice) {
-        choiceList[j] = i;
-        j++;
+    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];
+      // Put the conflicting event numbers first and reverse the order
+      newChoiceList[0] = refChoices[currentChoice];
+      newChoiceList[1] = refChoices[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 (refChoices[i] != refChoices[currentChoice]) {
+          newChoiceList[j] = refChoices[i];
+          j++;
+        }
+      }
+      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 = refChoices.length;
+        Integer[] newChoiceList = new Integer[listLength];
+        // Copy everything before the conflict number
+        for (int i = 0; i < conflictEventNumber; i++) {
+          newChoiceList[i] = refChoices[i];
+        }
+        // Put the conflicting events
+        newChoiceList[conflictEventNumber] = refChoices[currentChoice];
+        newChoiceList[conflictEventNumber + 1] = refChoices[conflictEventNumber];
+        // Copy the rest
+        for (int i = conflictEventNumber + 1, j = conflictEventNumber + 2; j < listLength - 1; i++) {
+          if (refChoices[i] != refChoices[currentChoice]) {
+            newChoiceList[j] = refChoices[i];
+            j++;
+          }
+        }
+        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;
+      }
+    }
+
+    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) {
+            // Skip cycles
+            if (nextNode == currChoice) {
+              continue;
+            }
+            nodesToVisit.addLast(nextNode);
+          }
+        }
       }
     }
-    // Set the last element to '-1' as the end of the sequence
-    choiceList[choiceList.length - 1] = -1;
-    backtrackChoiceLists.addLast(choiceList);
+    return false;
   }
 
   @Override
   public void instructionExecuted(VM vm, ThreadInfo ti, Instruction nextInsn, Instruction executedInsn) {
     if (stateReductionMode) {
-      // Record accesses from executed instructions
-      if (executedInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
-        String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo().getFullName();
-        // We don't care about libraries
-        if (!fieldClass.startsWith("java") &&
-            !fieldClass.startsWith("org") &&
-            !fieldClass.startsWith("sun") &&
-            !fieldClass.startsWith("com") &&
-            !fieldClass.startsWith("gov") &&
-            !fieldClass.startsWith("groovy") &&
-            // and fields generated for the Groovy library
-            !fieldClass.endsWith("stMC") &&
-            !fieldClass.endsWith("callSiteArray") &&
-            !fieldClass.endsWith("metaClass") &&
-            !fieldClass.endsWith("staticClassInfo") &&
-            !fieldClass.endsWith("__constructor__")) {
+      if (isInitialized) {
+        int currentChoice = (choiceCounter % refChoices.length) - 1;
+        if (currentChoice < 0) {
+          // We do not compute the conflicts for the choice '-1'
+          return;
+        }
+        // Record accesses from executed instructions
+        if (executedInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
           // Analyze only after being initialized
-          if (isInitialized) {
-            analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, fieldClass);
+          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) {
-        String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getFullName();
-        // We don't care about libraries
-        if (!fieldClass.startsWith("java") &&
-            !fieldClass.startsWith("org") &&
-            !fieldClass.startsWith("sun") &&
-            !fieldClass.startsWith("com") &&
-            !fieldClass.startsWith("gov") &&
-            !fieldClass.startsWith("groovy") &&
-            // and fields generated for the Groovy library
-            !fieldClass.endsWith("stMC") &&
-            !fieldClass.endsWith("callSiteArray") &&
-            !fieldClass.endsWith("metaClass") &&
-            !fieldClass.endsWith("staticClassInfo") &&
-            !fieldClass.endsWith("__constructor__")) {
-          // 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=choiceCounter-1; eventNumber>=0; eventNumber--) {
-            // Skip if this event number does not have any Read/Write set
-            if (!readWriteFieldsMap.containsKey(eventNumber)) {
-              continue;
-            }
-            ReadWriteSet rwSet = readWriteFieldsMap.get(eventNumber);
-            // 1) Check for conflicts with Write fields for both Read and Write instructions
-            // 2) Check for conflicts with Read fields for Write instructions
-            if (((nextInsn instanceof WriteInstruction || nextInsn instanceof ReadInstruction) &&
-                  rwSet.writeFieldExists(fieldClass)) ||
-                 (nextInsn instanceof WriteInstruction && rwSet.readFieldExists(fieldClass)))   {
-              // We do not record and service the same backtrack pair/point twice!
-              // If it has been serviced before, we just skip this
-              if (recordConflictPair(choiceCounter, eventNumber)) {
-                createBacktrackChoiceList(choiceCounter, eventNumber);
-                // Break if a conflict is found!
-                break;
+        // 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(refChoices[eventNumber])) {
+                  continue;
+                }
+                ReadWriteSet rwSet = readWriteFieldsMap.get(refChoices[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() || isReachableInVODGraph(refChoices[currentChoice], refChoices[currentChoice-1])) {
+                      createBacktrackChoiceList(currentChoice, eventNumber);
+                      // Break if a conflict is found!
+                      break;
+                    }
+                  }
+                }
               }
             }
           }
@@ -419,4 +800,4 @@ public class StateReducer extends ListenerAdapter {
       }
     }
   }
-}
\ No newline at end of file
+}