Синхронизация элементов в массиве

Так не пойдет. Важно понимать, что grid[arrayIndex] += ... фактически заменяет элемент в grid новым объектом. Это означает, что вы синхронизируете объект в массиве, а затем сразу же заменяете объект другим в массиве. Это заставит другие потоки заблокировать другой объект, чтобы они не блокировались. Вы должны заблокировать постоянный объект.

Вместо этого вы можете заблокировать весь объект массива, если он никогда не заменяется другим объектом массива:

synchronized (grid) {
    // this changes the object to another Long so can't be used to lock
    grid[arrayIndex] += a.getNumber();
}

Это одна из причин, почему блокировка объекта final является хорошим шаблоном. Смотрите этот ответ с более подробной информацией:

Почему не рекомендуется синхронизировать по логическим значениям?

Другой вариант — использовать массив объектов AtomicLong и использовать их методы addAndGet() или getAndAdd(). Вам не потребуется синхронизация для увеличения ваших объектов, и несколько объектов могут быть увеличены одновременно.

Java-класс Long неизменен, вы не можете изменить его значение. Итак, когда вы выполняете действие:

grid[arrayIndex] += a.getNumber();

он не меняет значение grid[arrayIndex], которое вы фиксируете, а фактически создает новый объект Long и устанавливает его значение в старое значение плюс a.getNumber. Таким образом, вы получите разные потоки, синхронизирующиеся с разными объектами, что приводит к результатам, которые вы видите.

Блок synchronized, который у вас здесь, никуда не годится. Когда вы синхронизируете элемент массива, который предположительно является числом, вы синхронизируете только этот объект. Когда вы переназначаете элемент массива объекту, отличному от того, с которого вы начали, синхронизация больше не выполняется на правильном объекте, и другие потоки смогут получить доступ к этому индексу.

Правильнее будет один из этих двух вариантов:

private final int[] grid = new int[10];

synchronized (grid) {
    grid[arrayIndex] += a.getNumber();
}

Если grid не может быть final:

private final Object MUTEX = new Object();

synchronized (MUTEX) {
    grid[arrayIndex] += a.getNumber();
}

Если вы используете второй вариант и grid не является final, любое назначение grid также должно быть синхронизировано.

synchronized (MUTEX) {
    grid = new int[20];
}

Всегда синхронизируйте что-то окончательное, всегда синхронизируйте как доступ, так и модификацию, и как только вы это сделаете, вы можете начать изучать другие механизмы блокировки, такие как Lock, ReadWriteLock и Semaphore. Они могут обеспечить более сложные механизмы блокировки, чем синхронизация, которая лучше подходит для сценариев, где одной синхронизации Java по умолчанию недостаточно, например, для блокировки данных в системе с высокой пропускной способностью (блокировка чтения/записи) или блокировка в пулах ресурсов (подсчет семафоров).