src/main/gov/nasa/jpf/listener/StateReducer.java

   1 /*
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  16  * limitations under the License.
  17  */
  18 package gov.nasa.jpf.listener;
  19
  20 import gov.nasa.jpf.Config;
  21 import gov.nasa.jpf.JPF;
  22 import gov.nasa.jpf.ListenerAdapter;
  23 import gov.nasa.jpf.search.Search;
  24 import gov.nasa.jpf.jvm.bytecode.*;
  25 import gov.nasa.jpf.vm.*;
  26 import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.ReadInstruction;
  27 import gov.nasa.jpf.vm.bytecode.WriteInstruction;
  28 import gov.nasa.jpf.vm.choice.IntChoiceFromSet;
  29
  30 import java.io.PrintWriter;
  31
  32 import java.util.*;
  33
  34 // TODO: Fix for Groovy's model-checking
  35 // TODO: This is a setter to change the values of the ChoiceGenerator to implement POR
  36 /**
  37  * Simple tool to log state changes.
  38  *
  39  * This DPOR implementation is augmented by the algorithm presented in this SPIN paper:
  40  * http://spinroot.com/spin/symposia/ws08/spin2008_submission_33.pdf
  41  *
  42  * The algorithm is presented on page 11 of the paper. Basically, we create a graph G
  43  * (i.e., visible operation dependency graph)
  44  * that maps inter-related threads/sub-programs that trigger state changes.
  45  * The key to this approach is that we evaluate graph G in every iteration/recursion to
  46  * only update the backtrack sets of the threads/sub-programs that are reachable in graph G
  47  * from the currently running thread/sub-program.
  48  */
  49 public class StateReducer extends ListenerAdapter {
  50
  51   // Debug info fields
  52   private boolean debugMode;
  53   private boolean stateReductionMode;
  54   private final PrintWriter out;
  55   private String detail;
  56   private int depth;
  57   private int id;
  58   private Transition transition;
  59
  60   // State reduction fields
  61   private Integer[] choices;
  62   private IntChoiceFromSet currCG;
  63   private int choiceCounter;
  64   private Integer choiceUpperBound;
  65   private Integer maxUpperBound;
  66   private boolean isInitialized;
  67   private boolean isResetAfterAnalysis;
  68   private boolean isBooleanCGFlipped;
  69   private HashMap<IntChoiceFromSet, Integer> cgMap;
  70   // Record the mapping between event number and field accesses (Read and Write)
  71   private HashMap<Integer, ReadWriteSet> readWriteFieldsMap;
  72   // The following is the backtrack map (set) that stores all the backtrack information
  73   // e.g., event number 1 can have two backtrack sequences: {3,1,2,4,...} and {2,1,3,4,...}
  74   private HashMap<Integer, LinkedList<Integer[]>> backtrackMap;
  75   // Stores explored backtrack lists in the form of HashSet of Strings
  76   private HashSet<String> backtrackSet;
  77   private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> conflictPairMap;
  78
  79   // Map that represents graph G
  80   // (i.e., visible operation dependency graph (VOD Graph)
  81   private HashMap<Integer, HashSet<Integer>> vodGraphMap;
  82   // Set that represents hash table H
  83   // (i.e., hash table that records encountered states)
  84   // VOD graph is updated when the state has not yet been seen
  85   // Current state
  86   private int stateId;
  87   // Previous choice number
  88   private int prevChoiceValue;
  89   // HashSet that stores references to unused CGs
  90   private HashSet<IntChoiceFromSet> unusedCG;
  91
  92   // Reference to the state graph in the ConflictTracker class
  93   private HashMap<Integer, ConflictTracker.Node> stateGraph;
  94   // Visited states in the previous and current executions/traces for terminating condition
  95   private HashSet<Integer> prevVisitedStates;
  96   private HashSet<Integer> currVisitedStates;
  97
  98   public StateReducer(Config config, JPF jpf) {
  99     debugMode = config.getBoolean("debug_state_transition", false);
 100     stateReductionMode = config.getBoolean("activate_state_reduction", true);
 101     if (debugMode) {
 102       out = new PrintWriter(System.out, true);
 103     } else {
 104       out = null;
 105     }
 106     detail = null;
 107     depth = 0;
 108     id = 0;
 109     transition = null;
 110     isBooleanCGFlipped = false;
 111     vodGraphMap = new HashMap<>();
 112     stateId = -1;
 113     prevChoiceValue = -1;
 114     cgMap = new HashMap<>();
 115     readWriteFieldsMap = new HashMap<>();
 116     backtrackMap = new HashMap<>();
 117     backtrackSet = new HashSet<>();
 118     conflictPairMap = new HashMap<>();
 119     unusedCG = new HashSet<>();
 120     // TODO: We are assuming that the StateReducer is always used together with the ConflictTracker
 121     stateGraph = ConflictTracker.nodes;
 122     prevVisitedStates = new HashSet<>();
 123     currVisitedStates = new HashSet<>();
 124     initializeStateReduction();
 125   }
 126
 127   private void initializeStateReduction() {
 128     if (stateReductionMode) {
 129       choices = null;
 130       currCG = null;
 131       choiceCounter = 0;
 132       choiceUpperBound = 0;
 133       maxUpperBound = 0;
 134       isInitialized = false;
 135       isResetAfterAnalysis = false;
 136       cgMap.clear();
 137       readWriteFieldsMap.clear();
 138       backtrackMap.clear();
 139       backtrackSet.clear();
 140       conflictPairMap.clear();
 141     }
 142   }
 143
 144   @Override
 145   public void stateRestored(Search search) {
 146     if (debugMode) {
 147       id = search.getStateId();
 148       depth = search.getDepth();
 149       transition = search.getTransition();
 150       detail = null;
 151       out.println("\n==> DEBUG: The state is restored to state with id: " + id + " -- Transition: " + transition +
 152               " and depth: " + depth + "\n");
 153     }
 154   }
 155
 156   //--- the ones we are interested in
 157   @Override
 158   public void searchStarted(Search search) {
 159     if (debugMode) {
 160       out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search started" + "\n");
 161     }
 162   }
 163
 164   @Override
 165   public void choiceGeneratorRegistered(VM vm, ChoiceGenerator<?> nextCG, ThreadInfo currentThread, Instruction executedInstruction) {
 166     if (stateReductionMode) {
 167       // Initialize with necessary information from the CG
 168       if (nextCG instanceof IntChoiceFromSet) {
 169         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) nextCG;
 170         // Check if CG has been initialized, otherwise initialize it
 171         Integer[] cgChoices = icsCG.getAllChoices();
 172         if (!isInitialized) {
 173           // Get the upper bound from the last element of the choices
 174           choiceUpperBound = cgChoices[cgChoices.length - 1];
 175           isInitialized = true;
 176         }
 177         // Record the subsequent Integer CGs only until we hit the upper bound
 178         if (!isResetAfterAnalysis) {
 179           if (choiceCounter <= choiceUpperBound && !cgMap.containsValue(choiceCounter)) {
 180             // Update the choices of the first CG and add '-1'
 181             if (choices == null) {
 182               // Initialize backtrack set that stores all the explored backtrack lists
 183               maxUpperBound = cgChoices.length;
 184               // All the choices are always the same so we only need to update it once
 185               choices = new Integer[cgChoices.length + 1];
 186               System.arraycopy(cgChoices, 0, choices, 0, cgChoices.length);
 187               choices[choices.length - 1] = -1;
 188               String firstChoiceListString = buildStringFromChoiceList(choices);
 189               backtrackSet.add(firstChoiceListString);
 190             }
 191             icsCG.setNewValues(choices);
 192             icsCG.reset();
 193             // Advance the current Integer CG
 194             // This way we explore all the event numbers in the first pass
 195             icsCG.advance(choices[choiceCounter]);
 196             cgMap.put(icsCG, choices[choiceCounter]);
 197           } else {
 198             // We repeat the same trace if a state match is not found yet
 199             icsCG.setNewValues(choices);
 200             icsCG.reset();
 201             // Use a modulo since choiceCounter is going to keep increasing
 202             int choiceIndex = choiceCounter % (choices.length - 1);
 203             icsCG.advance(choices[choiceIndex]);
 204             unusedCG.add(icsCG);
 205           }
 206           choiceCounter++;
 207         } else {
 208           // Set new CGs to done so that the search algorithm explores the existing CGs
 209           icsCG.setDone();
 210         }
 211       }
 212     }
 213   }
 214
 215   private void resetAllCGs() {
 216     // Extract the event numbers that have backtrack lists
 217     Set<Integer> eventSet = backtrackMap.keySet();
 218     // Return if there is no conflict at all (highly unlikely)
 219     if (eventSet.isEmpty()) {
 220       // Set every CG to done!
 221       for (IntChoiceFromSet cg : cgMap.keySet()) {
 222         cg.setDone();
 223       }
 224       return;
 225     }
 226     // Reset every CG with the first backtrack lists
 227     for (IntChoiceFromSet cg : cgMap.keySet()) {
 228       int event = cgMap.get(cg);
 229       LinkedList<Integer[]> choiceLists = backtrackMap.get(event);
 230       if (choiceLists != null && choiceLists.peekFirst() != null) {
 231         Integer[] choiceList = choiceLists.removeFirst();
 232         // Deploy the new choice list for this CG
 233         cg.setNewValues(choiceList);
 234         cg.reset();
 235       } else {
 236         cg.setDone();
 237       }
 238     }
 239     // Set done every CG in the unused CG set
 240     for (IntChoiceFromSet cg : unusedCG) {
 241       cg.setDone();
 242     }
 243     unusedCG.clear();
 244   }
 245
 246   // Detect cycles in the current execution/trace
 247   // We terminate the execution iff:
 248   // (1) the state has been visited in the current execution
 249   // (2) the state has one or more cycles that involve all the events
 250   private boolean containsCyclesWithAllEvents(int stId) {
 251
 252     HashSet<Integer> visitedEvents = new HashSet<>();
 253     boolean containsCyclesWithAllEvts = false;
 254     ConflictTracker.Node currNode = stateGraph.get(stId);
 255     for(ConflictTracker.Edge edge : currNode.getOutEdges()) {
 256       dfsFindCycles(edge.getDst(), visitedEvents, new HashSet<>());
 257     }
 258     if (checkIfAllEventsInvolved(visitedEvents)) {
 259       containsCyclesWithAllEvts = true;
 260     }
 261
 262     return containsCyclesWithAllEvts;
 263   }
 264
 265   private void dfsFindCycles(ConflictTracker.Node currNode, HashSet<Integer> visitedEvents,
 266                              HashSet<Integer> visitingEvents) {
 267
 268     // Stop when there is a cycle and record all the events
 269     if (visitingEvents.contains(currNode.getId())) {
 270       visitedEvents.addAll(visitingEvents);
 271     } else {
 272       for(ConflictTracker.Edge edge : currNode.getOutEdges()) {
 273         visitingEvents.add(edge.getEventNumber());
 274         dfsFindCycles(edge.getDst(), visitedEvents, visitingEvents);
 275         visitingEvents.remove(edge.getEventNumber());
 276       }
 277     }
 278   }
 279
 280   private boolean checkIfAllEventsInvolved(HashSet<Integer> visitedEvents) {
 281
 282     // Check if this set contains all the event choices
 283     // If not then this is not the terminating condition
 284     for(int i=0; i<=choiceUpperBound; i++) {
 285       if (!visitedEvents.contains(i)) {
 286         return false;
 287       }
 288     }
 289     return true;
 290   }
 291
 292   @Override
 293   public void choiceGeneratorAdvanced(VM vm, ChoiceGenerator<?> currentCG) {
 294
 295     if (stateReductionMode) {
 296       // Check the boolean CG and if it is flipped, we are resetting the analysis
 297       if (currentCG instanceof BooleanChoiceGenerator) {
 298         if (!isBooleanCGFlipped) {
 299           isBooleanCGFlipped = true;
 300         } else {
 301           initializeStateReduction();
 302         }
 303       }
 304       // Check every choice generated and make sure that all the available choices
 305       // are chosen first before repeating the same choice of value twice!
 306       if (currentCG instanceof IntChoiceFromSet) {
 307         IntChoiceFromSet icsCG = (IntChoiceFromSet) currentCG;
 308         // Update the current pointer to the current set of choices
 309         if (choices == null || choices != icsCG.getAllChoices()) {
 310           currCG = icsCG;
 311           choices = icsCG.getAllChoices();
 312           // Reset a few things for the sub-graph
 313           conflictPairMap.clear();
 314           readWriteFieldsMap.clear();
 315           choiceCounter = 0;
 316         }
 317         // Check if we have seen this state or this state contains cycles that involve all events
 318 //        if (prevStateId != -1 && stateId != prevStateId && isVisitedMultipleTimes(stateId)) {
 319         if (prevVisitedStates.contains(stateId) || containsCyclesWithAllEvents(stateId)) {
 320           // Traverse the sub-graphs
 321           if (isResetAfterAnalysis) {
 322             // Advance choice counter for sub-graphs
 323             choiceCounter++;
 324             // Do this for every CG after finishing each backtrack list
 325             // We try to update the CG with a backtrack list if the state has been visited multiple times
 326             if ((icsCG.getNextChoice() == -1 || choiceCounter > 1) && cgMap.containsKey(icsCG)) {
 327               int event = cgMap.get(icsCG);
 328               LinkedList<Integer[]> choiceLists = backtrackMap.get(event);
 329               if (choiceLists != null && choiceLists.peekFirst() != null) {
 330                 Integer[] choiceList = choiceLists.removeFirst();
 331                 // Deploy the new choice list for this CG
 332                 icsCG.setNewValues(choiceList);
 333                 icsCG.reset();
 334               } else {
 335                 // Set done if this was the last backtrack list
 336                 icsCG.setDone();
 337               }
 338             }
 339           } else {
 340             // Update and reset the CG if needed (do this for the first time after the analysis)
 341             // Start backtracking if this is a visited state and it is not a repeating state
 342             resetAllCGs();
 343             isResetAfterAnalysis = true;
 344           }
 345           // Save all the visited states
 346           prevVisitedStates.addAll(currVisitedStates);
 347         }
 348       }
 349     }
 350   }
 351
 352   private void updateVODGraph(int prevChoice, int currChoice) {
 353
 354     HashSet<Integer> choiceSet;
 355     if (vodGraphMap.containsKey(prevChoice)) {
 356       // If the key already exists, just retrieve it
 357       choiceSet = vodGraphMap.get(prevChoice);
 358     } else {
 359       // Create a new entry
 360       choiceSet = new HashSet<>();
 361       vodGraphMap.put(prevChoice, choiceSet);
 362     }
 363     choiceSet.add(currChoice);
 364   }
 365
 366   @Override
 367   public void stateAdvanced(Search search) {
 368     if (debugMode) {
 369       id = search.getStateId();
 370       depth = search.getDepth();
 371       transition = search.getTransition();
 372       if (search.isNewState()) {
 373         detail = "new";
 374       } else {
 375         detail = "visited";
 376       }
 377
 378       if (search.isEndState()) {
 379         out.println("\n==> DEBUG: This is the last state!\n");
 380         detail += " end";
 381       }
 382       out.println("\n==> DEBUG: The state is forwarded to state with id: " + id + " with depth: " + depth +
 383               " which is " + detail + " Transition: " + transition + "\n");
 384     }
 385     if (stateReductionMode) {
 386       // Update vodGraph
 387       int currChoice = choiceCounter - 1;
 388       // Adjust currChoice with modulo
 389       currChoice = currChoice >= 0 ? currChoice % (choices.length -1) : currChoice;
 390       if (currChoice < 0 || choices[currChoice] == -1 ||
 391               prevChoiceValue == choices[currChoice]) {
 392         // When current choice is 0, previous choice could be -1
 393 //        updateVODGraph(prevChoiceValue, choices[currChoice]);
 394         // Update the state ID variables
 395         stateId = search.getStateId();
 396         currVisitedStates.add(stateId);
 397         return;
 398       }
 399       // When current choice is 0, previous choice could be -1
 400       updateVODGraph(prevChoiceValue, choices[currChoice]);
 401       // Current choice becomes previous choice in the next iteration
 402       prevChoiceValue = choices[currChoice];
 403       // Update the state ID variables
 404       stateId = search.getStateId();
 405       currVisitedStates.add(stateId);
 406     }
 407   }
 408
 409   @Override
 410   public void stateBacktracked(Search search) {
 411     if (debugMode) {
 412       id = search.getStateId();
 413       depth = search.getDepth();
 414       transition = search.getTransition();
 415       detail = null;
 416
 417       // Update the state variables
 418       // Line 19 in the paper page 11 (see the heading note above)
 419       stateId = search.getStateId();
 420
 421       out.println("\n==> DEBUG: The state is backtracked to state with id: " + id + " -- Transition: " + transition +
 422               " and depth: " + depth + "\n");
 423     }
 424   }
 425
 426   @Override
 427   public void searchFinished(Search search) {
 428     if (debugMode) {
 429       out.println("\n==> DEBUG: ----------------------------------- search finished" + "\n");
 430     }
 431   }
 432
 433   // This class compactly stores Read and Write field sets
 434   // We store the field name and its object ID
 435   // Sharing the same field means the same field name and object ID
 436   private class ReadWriteSet {
 437     private HashMap<String, Integer> readSet;
 438     private HashMap<String, Integer> writeSet;
 439
 440     public ReadWriteSet() {
 441       readSet = new HashMap<>();
 442       writeSet = new HashMap<>();
 443     }
 444
 445     public void addReadField(String field, int objectId) {
 446       readSet.put(field, objectId);
 447     }
 448
 449     public void addWriteField(String field, int objectId) {
 450       writeSet.put(field, objectId);
 451     }
 452
 453     public boolean readFieldExists(String field) {
 454       return readSet.containsKey(field);
 455     }
 456
 457     public boolean writeFieldExists(String field) {
 458       return writeSet.containsKey(field);
 459     }
 460
 461     public int readFieldObjectId(String field) {
 462       return readSet.get(field);
 463     }
 464
 465     public int writeFieldObjectId(String field) {
 466       return writeSet.get(field);
 467     }
 468   }
 469
 470   private void analyzeReadWriteAccesses(Instruction executedInsn, String fieldClass, int currentChoice) {
 471     // Do the analysis to get Read and Write accesses to fields
 472     ReadWriteSet rwSet;
 473     // We already have an entry
 474     if (readWriteFieldsMap.containsKey(choices[currentChoice])) {
 475       rwSet = readWriteFieldsMap.get(choices[currentChoice]);
 476     } else { // We need to create a new entry
 477       rwSet = new ReadWriteSet();
 478       readWriteFieldsMap.put(choices[currentChoice], rwSet);
 479     }
 480     int objectId = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo().getClassInfo().getClassObjectRef();
 481     // Record the field in the map
 482     if (executedInsn instanceof WriteInstruction) {
 483       // Exclude certain field writes because of infrastructure needs, e.g., Event class field writes
 484       for (String str : EXCLUDED_FIELDS_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST) {
 485         if (fieldClass.startsWith(str)) {
 486           return;
 487         }
 488       }
 489       rwSet.addWriteField(fieldClass, objectId);
 490     } else if (executedInsn instanceof ReadInstruction) {
 491       rwSet.addReadField(fieldClass, objectId);
 492     }
 493   }
 494
 495   private boolean recordConflictPair(int currentEvent, int eventNumber) {
 496     HashSet<Integer> conflictSet;
 497     if (!conflictPairMap.containsKey(currentEvent)) {
 498       conflictSet = new HashSet<>();
 499       conflictPairMap.put(currentEvent, conflictSet);
 500     } else {
 501       conflictSet = conflictPairMap.get(currentEvent);
 502     }
 503     // If this conflict has been recorded before, we return false because
 504     // we don't want to service this backtrack point twice
 505     if (conflictSet.contains(eventNumber)) {
 506       return false;
 507     }
 508     // If it hasn't been recorded, then do otherwise
 509     conflictSet.add(eventNumber);
 510     return true;
 511   }
 512
 513   private String buildStringFromChoiceList(Integer[] newChoiceList) {
 514
 515     // When we see a choice list shorter than the upper bound, e.g., [3,2] for choices 0,1,2, and 3,
 516     //  then we have to pad the beginning before we store it, because [3,2] actually means [0,1,3,2]
 517     // First, calculate the difference between this choice list and the upper bound
 518     //  The actual list doesn't include '-1' at the end
 519     int actualListLength = newChoiceList.length - 1;
 520     int diff = maxUpperBound - actualListLength;
 521     StringBuilder sb = new StringBuilder();
 522     // Pad the beginning if necessary
 523     for (int i = 0; i < diff; i++) {
 524       sb.append(i);
 525     }
 526     // Then continue with the actual choice list
 527     // We don't include the '-1' at the end
 528     for (int i = 0; i < newChoiceList.length - 1; i++) {
 529       sb.append(newChoiceList[i]);
 530     }
 531     return sb.toString();
 532   }
 533
 534   private void checkAndAddBacktrackList(LinkedList<Integer[]> backtrackChoiceLists, Integer[] newChoiceList) {
 535
 536     String newChoiceListString = buildStringFromChoiceList(newChoiceList);
 537     // Add only if we haven't seen this combination before
 538     if (!backtrackSet.contains(newChoiceListString)) {
 539       backtrackSet.add(newChoiceListString);
 540       backtrackChoiceLists.addLast(newChoiceList);
 541     }
 542   }
 543
 544   private void createBacktrackChoiceList(int currentChoice, int conflictEventNumber) {
 545
 546     LinkedList<Integer[]> backtrackChoiceLists;
 547     // Create a new list of choices for backtrack based on the current choice and conflicting event number
 548     // If we have a conflict between 1 and 3, then we create the list {3, 1, 2, 4, 5} for backtrack
 549     // The backtrack point is the CG for event number 1 and the list length is one less than the original list
 550     // (originally of length 6) since we don't start from event number 0
 551     if (!isResetAfterAnalysis) {
 552       // Check if we have a list for this choice number
 553       // If not we create a new one for it
 554       if (!backtrackMap.containsKey(conflictEventNumber)) {
 555         backtrackChoiceLists = new LinkedList<>();
 556         backtrackMap.put(conflictEventNumber, backtrackChoiceLists);
 557       } else {
 558         backtrackChoiceLists = backtrackMap.get(conflictEventNumber);
 559       }
 560       int maxListLength = choiceUpperBound + 1;
 561       int listLength = maxListLength - conflictEventNumber;
 562       Integer[] newChoiceList = new Integer[listLength + 1];
 563       // Put the conflicting event numbers first and reverse the order
 564       newChoiceList[0] = choices[currentChoice];
 565       newChoiceList[1] = choices[conflictEventNumber];
 566       // Put the rest of the event numbers into the array starting from the minimum to the upper bound
 567       for (int i = conflictEventNumber + 1, j = 2; j < listLength; i++) {
 568         if (choices[i] != choices[currentChoice]) {
 569           newChoiceList[j] = choices[i];
 570           j++;
 571         }
 572       }
 573       // Set the last element to '-1' as the end of the sequence
 574       newChoiceList[newChoiceList.length - 1] = -1;
 575       checkAndAddBacktrackList(backtrackChoiceLists, newChoiceList);
 576       // The start index for the recursion is always 1 (from the main branch)
 577     } else { // This is a sub-graph
 578       // There is a case/bug that after a re-initialization, currCG is not yet initialized
 579       if (currCG != null && cgMap.containsKey(currCG)) {
 580         int backtrackListIndex = cgMap.get(currCG);
 581         backtrackChoiceLists = backtrackMap.get(backtrackListIndex);
 582         int listLength = choices.length;
 583         Integer[] newChoiceList = new Integer[listLength];
 584         // Copy everything before the conflict number
 585         for (int i = 0; i < conflictEventNumber; i++) {
 586           newChoiceList[i] = choices[i];
 587         }
 588         // Put the conflicting events
 589         newChoiceList[conflictEventNumber] = choices[currentChoice];
 590         newChoiceList[conflictEventNumber + 1] = choices[conflictEventNumber];
 591         // Copy the rest
 592         for (int i = conflictEventNumber + 1, j = conflictEventNumber + 2; j < listLength - 1; i++) {
 593           if (choices[i] != choices[currentChoice]) {
 594             newChoiceList[j] = choices[i];
 595             j++;
 596           }
 597         }
 598         // Set the last element to '-1' as the end of the sequence
 599         newChoiceList[newChoiceList.length - 1] = -1;
 600         checkAndAddBacktrackList(backtrackChoiceLists, newChoiceList);
 601       }
 602     }
 603   }
 604
 605   // We exclude fields that come from libraries (Java and Groovy), and also the infrastructure
 606   private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST =
 607           // Java and Groovy libraries
 608           { "java", "org", "sun", "com", "gov", "groovy"};
 609   private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_ENDS_WITH_LIST =
 610           // Groovy library created fields
 611           {"stMC", "callSiteArray", "metaClass", "staticClassInfo", "__constructor__",
 612                   // Infrastructure
 613                   "sendEvent", "Object", "reference", "location", "app", "state", "log", "functionList", "objectList",
 614                   "eventList", "valueList", "settings", "printToConsole", "app1", "app2"};
 615   private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_CONTAINS_LIST = {"_closure"};
 616   private final static String[] EXCLUDED_FIELDS_WRITE_INSTRUCTIONS_STARTS_WITH_LIST = {"Event"};
 617
 618   private boolean isFieldExcluded(String field) {
 619     // Check against "starts-with" list
 620     for(String str : EXCLUDED_FIELDS_STARTS_WITH_LIST) {
 621       if (field.startsWith(str)) {
 622         return true;
 623       }
 624     }
 625     // Check against "ends-with" list
 626     for(String str : EXCLUDED_FIELDS_ENDS_WITH_LIST) {
 627       if (field.endsWith(str)) {
 628         return true;
 629       }
 630     }
 631     // Check against "contains" list
 632     for(String str : EXCLUDED_FIELDS_CONTAINS_LIST) {
 633       if (field.contains(str)) {
 634         return true;
 635       }
 636     }
 637
 638     return false;
 639   }
 640
 641   // This method checks whether a choice is reachable in the VOD graph from a reference choice
 642   // This is a BFS search
 643   private boolean isReachableInVODGraph(int checkedChoice, int referenceChoice) {
 644     // Record visited choices as we search in the graph
 645     HashSet<Integer> visitedChoice = new HashSet<>();
 646     visitedChoice.add(referenceChoice);
 647     LinkedList<Integer> nodesToVisit = new LinkedList<>();
 648     // If the state doesn't advance as the threads/sub-programs are executed (basically there is no new state),
 649     // there is a chance that the graph doesn't have new nodes---thus this check will return a null.
 650     if (vodGraphMap.containsKey(referenceChoice)) {
 651       nodesToVisit.addAll(vodGraphMap.get(referenceChoice));
 652       while(!nodesToVisit.isEmpty()) {
 653         int currChoice = nodesToVisit.getFirst();
 654         if (currChoice == checkedChoice) {
 655           return true;
 656         }
 657         if (visitedChoice.contains(currChoice)) {
 658           // If there is a loop then we don't find it
 659           return false;
 660         }
 661         // Continue searching
 662         visitedChoice.add(currChoice);
 663         HashSet<Integer> currChoiceNextNodes = vodGraphMap.get(currChoice);
 664         if (currChoiceNextNodes != null) {
 665           // Add only if there is a mapping for next nodes
 666           for (Integer nextNode : currChoiceNextNodes) {
 667             nodesToVisit.addLast(nextNode);
 668           }
 669         }
 670       }
 671     }
 672     return false;
 673   }
 674
 675   @Override
 676   public void instructionExecuted(VM vm, ThreadInfo ti, Instruction nextInsn, Instruction executedInsn) {
 677     if (stateReductionMode) {
 678       if (isInitialized) {
 679         if (choiceCounter <= 0 || choiceCounter > choices.length - 1) {
 680           // We do not compute the conflicts for the choice '-1'
 681           return;
 682         }
 683         int currentChoice = choiceCounter - 1;
 684         // Record accesses from executed instructions
 685         if (executedInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
 686           // Analyze only after being initialized
 687           String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) executedInsn).getFieldInfo().getFullName();
 688           // We don't care about libraries
 689           if (!isFieldExcluded(fieldClass)) {
 690             analyzeReadWriteAccesses(executedInsn, fieldClass, currentChoice);
 691           }
 692         }
 693         // Analyze conflicts from next instructions
 694         if (nextInsn instanceof JVMFieldInstruction) {
 695           // The constructor is only called once when the object is initialized
 696           // It does not have shared access with other objects
 697           MethodInfo mi = nextInsn.getMethodInfo();
 698           if (!mi.getName().equals("<init>")) {
 699             String fieldClass = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getFullName();
 700             // We don't care about libraries
 701             if (!isFieldExcluded(fieldClass)) {
 702               // Check for conflict (go backward from currentChoice and get the first conflict)
 703               // If the current event has conflicts with multiple events, then these will be detected
 704               // one by one as this recursively checks backward when backtrack set is revisited and executed.
 705               for (int eventNumber = currentChoice - 1; eventNumber >= 0; eventNumber--) {
 706                 // Skip if this event number does not have any Read/Write set
 707                 if (!readWriteFieldsMap.containsKey(choices[eventNumber])) {
 708                   continue;
 709                 }
 710                 ReadWriteSet rwSet = readWriteFieldsMap.get(choices[eventNumber]);
 711                 int currObjId = ((JVMFieldInstruction) nextInsn).getFieldInfo().getClassInfo().getClassObjectRef();
 712                 // 1) Check for conflicts with Write fields for both Read and Write instructions
 713                 if (((nextInsn instanceof WriteInstruction || nextInsn instanceof ReadInstruction) &&
 714                         rwSet.writeFieldExists(fieldClass) && rwSet.writeFieldObjectId(fieldClass) == currObjId) ||
 715                         (nextInsn instanceof WriteInstruction && rwSet.readFieldExists(fieldClass) &&
 716                                 rwSet.readFieldObjectId(fieldClass) == currObjId)) {
 717                   // We do not record and service the same backtrack pair/point twice!
 718                   // If it has been serviced before, we just skip this
 719                   if (recordConflictPair(currentChoice, eventNumber)) {
 720                     // Lines 4-8 of the algorithm in the paper page 11 (see the heading note above)
 721                     if (vm.isNewState() ||
 722                             (!vm.isNewState() && isReachableInVODGraph(choices[currentChoice], choices[currentChoice-1]))) {
 723                       createBacktrackChoiceList(currentChoice, eventNumber);
 724                       // Break if a conflict is found!
 725                       break;
 726                     }
 727                   }
 728                 }
 729               }
 730             }
 731           }
 732         }
 733       }
 734     }
 735   }
 736 }