Почему многопоточная версия программы работает дольше?

Bonce, все гонки расписывать не буду, потому что их много.

Например readCount - если оно не обозначено как volatile, то потоки LineWriter могут не увидеть записи из LineReader и будут читать данные из кэша цпу.

Почему многопоточная версия программы работает дольше?

Вы жалуетесь на производительность, но при этом специально останавливаете потоки. Попробуйте убрать thread.sleep

Судить про корректность работы вашего кода нельзя, он полон гонок. Изучайте, что такое synchronized и volatile.